تُستكشف السمات الغريبة للمواد الكمية على أمل أن تؤدي إلى محركات أقوى وأكفأ من نظرائها الكلاسيكية. ما زال هناك الكثير مما لا نفهمه حول كيفية تأثير جوانب الفيزياء الكمية المختلفة على الآلات. استكشاف جديد لإحدى أبرز السمات المميزة للفيزياء الكمية -الاندماج- يبدو أنه قد يساعد على زيادة الطاقة المفيدة التي تنتجها المحركات الكمومية، لكن ليس كفاءة تحويل الطاقة.
«الاندماج لا يبدو منطقيًا للبشر العاديين المربوطين في عالم كلاسيكي». سخر ألبرت أينشتاين من الأمر بشكل مشهور باسم «العمل المرعب من بُعد»، ومع ذلك، في نهاية المطاف، أصبحت الأدلة على وجودها قوية للغاية حتى لا يمكن تجاهلها. في العقود الأخيرة، حقق الفيزيائيون نجاحًا متزايدًا في تشابك أعداد أكبر من الجزيئات الفرعية على مسافات متزايدة.
معظم الخطط الموجودة لاستغلال التشابك الكمومي موجودة لأغراض عملية، تتضمن مثلًا معالجة المعلومات ونقلها، لكن المحركات الكمومية والبطاريات الكمومية قد توجد أيضًا.
العام الماضي، عُرض أول محرك كمومي، إذ استُخدم التحول من غاز فيرميوني إلى تكتل بوزوني والعكس، بدلًا من الاختلافات في الحرارة المستخدمة في المحركات منذ اختراع وات. الفيرميونات والبوزونات هي جسيمات متميزة بدورانها. بشكل أكثر صلة هنا، يمكن للبوزونات التكتل معًا بشكل أكبر بكثير من الفيرميونات، لأن مبدأ استبعاد بولي، الذي يمنع احتلال فيرميونين لنفس الحالة الكمية في وقت واحد، لا ينطبق عليها. استُخدم التحول المستمر بين غاز فيرميوني متمدد وتكتل بوز-أينشتاين مكثف من البوزونات لدفع البسطات الصغيرة.
تمتلك تلك المحركة الأولية كفاءة بنسبة 25%، في إنجاز مذهل لمحاولة أولى، لكنه أقل بكثير من المحركات التي تقود عالمنا الحالي. لذا، بدأ السباق لصنع شيء أفضل. اقترحت عدة أبحاث استخدام التشابك الكمومي، إذ ترتبط حالة كل جسيم بشكل لا يمكن فصله بحالة الآخرين.
البروفيسور زهو فاي، كان عضوًا في فريق علمي طور محركًا كموميًا يستخدم أيوني كالسيوم محاصرين في فخ، ما يتيح مستويات قابلة للتعديل من التشابك الكمومي لتقييم تأثيراته. يعمل المحرك الكمومي على دورة مكونة من أربع خطوات، تبدأ بامتصاص الفوتونات من ليزر أحمر، تليها مرحلة التوسع، ثم الانتقال إلى النطاق الجانبي لربط النظام بحمل كمومي، وتُختتم بالضغط.
«النقطة الأبرز في دراستنا هي تحقيق أول تجربة عملية لمحرك كمومي ذي خصائص متشابكة. هذا يؤكد بشكل كمي أن التشابك قد يُعد نوعًا من الوقود»، كما أوضح زهو في مقابلة مع صحيفة ساوث تشاينا مورنينج بوست.
اختيار الحالات المتشابكة لأيونين يتداخلان بوصفها جسيمات العمل، مع أوضاعهم الاهتزازية التي تعمل بوصفها حمولة. مع ضبط دقيق لتردد الليزر وشدته ومدته، نُقلت الأيونات من حالاتها الأولية النقية إلى حالات متشابكة بدرجة كبيرة.
كفاءة التحويل، المُقاسة بواسطة عدد الاهتزازات التي أنشأها المحرك لكل فوتون مطبق، لم تتحسن مع التشابك. مع ذلك، كانت الكفاءة الميكانيكية أعلى مع التشابك، ما يعني إنتاج طاقة أكثر فائدة لنفس الإدخال.
حتى مع زيادة الطاقة، ستظل للمحركات الكمومية تطبيقات محدودة إلى حد كبير. حتى الآن، تعمل فقط عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. مع ذلك، نظرًا إلى أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تحتاج بالفعل إلى درجات حرارة كهذه للعمل، قد تشغل المحركات الكمومية الوظائف المرتبطة بها، مع أنها ستحتاج إلى التوسع بدرجة كبيرة عن هذا الدليل المبدئي.
اقرأ أيضًا:
هل سنحقق الخلود؟ طريقة غريبة لإنشاء نسخة أبدية منك باستخدام الحواسيب الكمومية!
ترجمة: أمير المريمي
تدقيق: أكرم محيي الدين
