لقد أصبح التشابك الكمي للجسيمات فنًا راسخًا الآن، إذ نأخذ جسيمين أو أكثر غير مقاسين ونربط بينهما بطريقة تجعل خصائصهما غير واضحة وتنعكس على بعضها، وما إن نقيس أحدهما، تتطابق على الفور الخصائص المقابلة للآخر، حتى عندما تفصل بينهما مسافة كبيرة.
في بحث جديد، وضع علماء الفيزياء نظرية لطريقة جريئة لتغيير ذلك بتشابك جسيمين من نوعين مختلفين جدًا، وهما وحدة الضوء (الفوتون) مع الفونون (المكافئ الكمومي لموجة الصوت). أطلق علماء الفيزياء تشانغ لونغ تشو وكلاوديو جينيس وبيرجيت ستيلر من معهد ماكس بلانك لعلوم الضوء في ألمانيا على نظامهم الجديد المقترح التشابك البصري الصوتي. يمثل هذا نظامًا هجينًا يستخدم جسيمين أساسيين مختلفين جدًا، ما ينشئ شكلًا من أشكال التشابك مقاومًا للضوضاء الخارجية بطريقة فريدة، وهي واحدة من أكبر المشكلات التي تواجه التكنولوجيا الكمومية، ما يجعلها خطوة مهمة نحو أجهزة كمية أكثر متانة.
للتشابك الكمي تطبيقات واعدة في مجال الاتصالات الكمومية عالية السرعة والحوسبة الكمومية، فالفيزياء الفريدة التي تحدد الجسيمات المعزولة والمتشابكة قبل قياسها وبعدها تجعله مثاليًا لمجموعة من الاستخدامات، من التشفير إلى الخوارزميات عالية السرعة. لكن الحالة الكمومية الدقيقة المطلوبة لهذه العمليات يمكن كسرها بسهولة، وهي المشكلة التي حدت من تحقيقها في التطبيقات العملية.
يعمل العلماء على حل هذه المشكلة ببعض المسارات الواعدة، فالأبعاد الأعلى تقلل من تأثير الضوضاء المتدهورة، وكذلك يحدث عند إضافة المزيد من الجسيمات إلى النظام المتشابك. من المرجح جدًا أن يتضمن الحل القابل للتنفيذ أكثر من مسار واحد، لذا فكلما زادت الخيارات المتاحة لنا، زادت احتمالات العثور على التركيبة الصحيحة.
يتضمن المسار الذي بحثه تشو وزملاؤه اقتران الفوتونات ليس بفوتونات أخرى، بل بجسيم له انتشار مختلف تمامًا: وهو الصوت، وهذا أمر صعب جدًا لأن الفوتونات والفونونات تنتقل بسرعات مختلفة ولها مستويات طاقة مختلفة.
أظهر الباحثون كيف يمكن تشابك الجسيمات بالاستفادة من عملية تسمى تشتت بريلوين، وفيها يتشتت الضوء بفعل موجات من الاهتزازات الصوتية الناتجة عن الحرارة بين الذرات في المادة.
في نظامهم المقترح، يطلق الباحثون نبضات ضوء الليزر والموجات الصوتية في موجه ضوئي نشط لبريلون في الحالة الصلبة، وهو مصمم لتحفيز تشتت بريلون. عندما تنتقل الكمتان على طول نفس البنية الفوتونية، ينتقل الفونون بسرعة أبطأ بكثير، ما يؤدي إلى التشتت الذي قد يتشابك مع الجسيمات التي تحمل مستويات طاقة مختلفة كثيرًا.
ما يجعل هذا الأمر أكثر إثارة للاهتمام هو إمكانية تحقيقه في درجات حرارة أعلى من طرق التشابك القياسية، ما يؤدي إلى إخراج التشابك من المنطقة المبردة وتقليل الحاجة إلى معدات متخصصة باهظة الثمن بالنتيجة.
يقول الباحثون إن الأمر يتطلب مزيدًا من التحقيق والتجريب، ولكنها نتيجة واعدة. كتب الباحثون: «إن حقيقة أن النظام يعمل على نطاق ترددي كبير من الأوضاع البصرية والصوتية، تجلب احتمالًا جديدًا للتشابك مع الأوضاع المستمرة مع إمكانات كبيرة للتطبيقات في الحوسبة الكمومية والتخزين الكمومي والقياس الكمومي والنقل الآني الكمي والاتصالات الكمومية بمساعدة التشابك، واستكشاف الحدود بين العالمين الكلاسيكي والكمي».
اقرأ أيضًا:
دراسة تجد رابطًا مشتركًا بين التشابك الكمي والمحرك البخاري
التشابك الكمي، أغرب غرائب نظرية الكم: جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022
ترجمة: شهد حسن
تدقيق: محمد حسان عجك
مراجعة: ميرڤت الضاهر
