60 سنة من توقعات السلوك الذري أثبتت الآن
طريق تجريبي جديد للحوسبة الكمومية فائقة السرعة

استعمل الباحثون في جامعة واشنطن سحابة فائقة البرودة من الذرات والتي تسلك سلوك ذرة واحدة لرؤية ظاهرة متوقعة منذ 60 سنة تمت مشاهدتها مرة واحدة فقط منذ ذلك الحين. حدثت الظاهرة على جانب آخر من الفيزياء الكمومية ومهدت لطريق تجريبي جديد في الحوسبة الكمومية القوية.

أثناء العمل في أحد مختبرات جامعة واشنطن برّد الفيزيائي (بيتر إنجلز-Peter Engels) وزملائه حوالي مليون ذرة روبيديوم لحوالي 100 مليار درجة بعد الصفر المطلق.
يقول بيتر( لا يوجد مكان أبرد من هذا في الكون، إلا إذا كان أحدهم يجري تجربة مماثلة على الأرض أو على كوكب آخر)
عند تلك المرحلة، تشكّل مجموعة الذرات مكثف (Bose-Einstein ) (وهي حالة فيزيائية ناردة توقعها آينشتاين والعالم الهندي ساتيندرا ناث بوز) بعد خضوعه لحالة تغير مماثلة لتغير الغاز إلى سائل أو تغير السائل إلى صلب.

عندما تعمل الذرات في انسجام تام، يكون ذلك حافزاً لتظهر سلوك متماسك مشعّ توقعه العالم (روبرت ديك-(Robert Dicke من جامعة برينستون عام 1954.

يقول إنجلز: «لا تسلك هذه المجموعة الكبيرة من الذرات سلوك مجموعة كرات في دلو، بل سلوك ذرة واحدة كبيرة. لذلك تقوم بتضخيم تأثيرات ميكانيك الكم»
مكتشفات إنجلز عُرضت في مجلة Nature Communications الممولين للتجربة هم المؤسسة الوطنية للعلوم، مكتب أبحاث الجيش ووكالة الدفاع لمشاريع البحث المتقدمة.

وبحسب ما قال إنجلز فإن العلماء الذين يستخدمون الغازات المميّعة فائقة البرودة أنشؤوا الحالة الإشعاعية القوية في حالة وحيدة أخرى، وذلك باستخدام تجارب أكثر تعقيدًا تتضمن الاقتران بحقول الفوتون، ولأن اقتران الذرات والفوتونات يكون عادة ضعيف جدًا كان سلوكها صعب الملاحظة.

ويقول: «ما أدركه زميلي (تشوانوي زانغ-(Chuanwei Zhang هو أنه إذا استُبدل الضوء بحركة الجزيئات سنحصل على نفس النتائج. ليس كذلك فقط إنما سيكون من الأسهل شرحها». لأنه عندما يكون عرض السحابة الإلكترونية أقل بقليل من نصف ميليمتر تكون كبيرة بما يكفي لتصويرها وقياسها، وهذا يعطي المجربين أداة رئيسية لاختبار الفرضيات والتغيرات في المجال الذري لفيزياء الكم.

تتغير الخصائص الفيزيائية العادية بشكل كبير جدًا في ميكانيك الكم، تسلك الفوتونات سلوك مزدوج كجسيمات وكأمواج، والجزيئ يستطيع سلوك سلوكين أيضًا في نفس الوقت، والمفارقة أنه يمكن توجيه الإلكترونات للأعلى أو للأسفل في الوقت نفسه.

يمكن استغلال هذه الازدواجية المتلازمة في الحوسبة الكمومية، فكما أن الحوسبة العادية تستخدم الترميزين 1 و0، يمكن للحوسبة الكمومية استخدام الترميزين 1 و 0 في نفس الوقت.

إعداد: حبيب بدران
تدقيق: سارة عمّار
المصدر