تظهر فيزياء الكم في حياتنا اليومية خارج نطاق المختبر. بالرغم من توفر عدد من النتائج الأولية حول استخدام الحواسيب الكمومية لحل مشاكل يستحيل حلها بواسطة الحواسيب الاعتيادية، فإن عددًا من المشاكل التقنية تقف بوجه تطبيق فيزياء الكم على أرض الواقع.
يمكن للبحث الجديد الذي نُشر في مجلة Nature Communications المُعد بواسطة جامعتي آلتو Aalto University ولوند Lund University أن يكون أداة مهمة في هذه المسألة.
أحد الأسئلة المطروحة في البحث الكمي، هو كيف يمكن للحرارة والديناميكا الحرارية أن تتعايش مع فيزياء الكم؟
يعد هذا المجال البحثي (الديناميكا الحرارية الكمية) واحدًا من المجالات التي عمل عليها البروفيسور جوكا بيكولا Jukka Pekola مدير مركز QTF للتميز في أكاديمية فنلندا Academy of Finland في حياته المهنية، ويقول: «غلب الجانب النظري في دراسة هذا المجال على الجانب العملي، والآن فقط بدأت التجارب العملية المهمة بالظهور».
يستعد فريقه البحثي لصنع أجهزة نانوية ديناميكية حرارية كمية يمكنها أن تحل الأسئلة المطروحة عمليًا.
الحالات الكمومية مثل تلك التي تسيطر على البتات الكمومية qubits التي تشغل الحواسيب تتفاعل مع عالمها المحيط، وهذه التفاعلات هي بالضبط ما تتعامل معه الديناميكا الحرارية الكمية.
يتطلب حساب هذه الأنظمة متحسسات يمكنها تحسس تغيرات صغيرة بشكل استثنائي للطاقة؛ إذ يصعب التقاطها من التقلبات الخلفية، مثل محاولة استخدام ميزان حراري فقط لإثبات أن شمعة موضوعة في غرفة قد أُطفِئت.
تكمن المشكلة الأخرى في أن الحالات الكمومية يمكن أن تتغير خلال عملية حسابها، ببساطة لأنها قد حُسبَت بالفعل. هذا يشبه التسبب في غليان كوب من الماء عبر وضع مقياس حراري فيه.
لذلك اضطر الفريق إلى صنع ميزان حراري لقياس التغيرات الصغيرة جدًا دون التداخل مع أي من الحالات الكمومية التي ينوون قياسها.
قامت طالبة الدكتوراه بيان كريمي Bayan Karimi التي تعمل لصالح QTF وشبكة ماري كوري الإلكترونية للتدريب QuESTech بصنع مسعر حراري calorimeter يقوم بقياس الحرارة في نظام معين باستعمال شريط من النحاس يقل سمكه عن سمك شعرة الإنسان نحو 1000 مرة.
قالت كريمي :«يمتص المتحسس الذي صنعناه الإشعاع من الحالات الكمومية، وننتظر منه أن يحدد كمية الطاقة التي تحملها وكيف تتفاعل مع محيطها.
هناك حد نظري وُضع لمعرفة المدى الذي يمكن أن تصل إليه دقة المسعر الحراري، وقد تمكن جهازنا من الوصول لهذا الحد النظري».
اقرأ أيضًا:
تجربة جديدة في فيزياء الكم قد تغير رؤيتنا للعالم الواقعي
ميكانيكا الكم – هل ترهق فيزياء الكم ذهنك؟ اليك هذه المقالة
ترجمة: رياض شهاب
تدقيق: محمد وائل القسنطيني
