وجد بحث جديد أن مسألة رياضية وضعت قبل 242 سنة، يمكن حلها فقط باستعمال مبدأ التشابك الكمي. تشبه هذه المسألة النسخة المحسنة من لعبة سودوكو، وتسمى مسألة ضابط أويلر، نسبة إلى عالم الرياضيات الذي اقترحها أول مرة عام 1779.
وإليكم اللغز: أنت تقود جيشًا من ست كتائب، كل كتيبة تحوي ستة ضباط برتب مختلفة، هل يمكنك ترتيبهم في مربع بقياس 6×6 دون تكرار أية رتبة أو كتيبة في أي صف أو عمود؟
لم يستطع أويلر إيجاد ترتيب مماثل، ولاحقًا أثبتت الحسابات أنه لا يوجد حل. وفي الحقيقة، استخدمت دراسة -نُشرت عام 1960 في مجلة Canadian of Mathematics- قوة الحواسيب الجديدة لتظهر أن الرقم 6 هو الرقم الوحيد فوق 2 الذي لا يوجد فيه ترتيب كهذا. لكن الآن، وجد الباحثون حلًا لمسألة أويلر كما نقل دانييل غاريستو من مجلة Quanta.
إذ وجدت دراسة جديدة نُشرت في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv، أنه بإمكانك ترتيب ست كتائب من ستة ضباط بست رتب مختلفة في جدول دون تكرار أي منها أكثر من مرة في الصف أو العمود إذا كان الضباط في حالة تشابك كمي.
البحث الذي نشر ليُقيم من الزملاء في رسائل التقييم الفيزيائية، يستفيد من حقيقة أن الأجسام الكمومية تستطيع أن تكون في عدة حالات محتملة إلى أن تُقاس (شُرح التشابك الكمي على نطاق واسع في تجربة قطة شرودنغر التخيلية، وفيها تُحبس قطة داخل صندوق مع سم مشع؛ القطة حية وميتة في الوقت نفسه، حتى تقرر فتح الصندوق).
في مسألة أويلر التقليدية، لكل ضابط كتيبة ورتبة ثابتتان، ربما يكون ملازمًا أول في الكتيبة الحمراء مثلًا، أو نقيبًا في الكتيبة الزرقاء (وتستخدم الألوان أحيانًا في تخيل الجدول، لتسهيل تمييز الكتائب).
لكن الضابط الكمومي قد يشغل أكثر من رتبة أو كتيبة في الوقت نفسه، ضابط واحد قد يكون إما ملازمًا في الكتيبة الحمراء أو نقيبًا في الزرقاء؛ رائدًا في الخضراء أو عقيدًا في البنفسجية (أو أي تركيبة أخرى نظريًّا).
مفتاح حل مسألة أويلر بهذا التبدل المفاجئ للهوية هو إمكانية وجود الضباط ضمن الجدول في حالة تشابك كمي. في حالة التشابك، تخبر حالة كل عنصر عن حالة الآخر، فإذا كان الضابط الأول ملازمًا في الكتيبة الحمراء، فيجب أن يكون الضابط الثاني رائدًا في الكتيبة الخضراء، والعكس بالعكس.
باستخدام قوة حاسوبية هائلة، أثبت مؤلفو البحث الجديد، بقيادة آدم بورشارد، باحث في مرحلة بعد الدكتوراه في جامعة جاغيلونيان في بولندا أن ملء الجدول بضباط كموميين جعل الحل ممكنًا. بنحو مفاجئ، كان للتشابك الكمي نمطه الخاص.
المؤلف المشارك في البحث سهيل راذر -وهو فيزيائي في المعهد الهندي للتكنولوجيا في مادراس- أخبر مجلة Quanta أن الضباط متشابكون مع ضباط أقل أو أعلى بدرجة واحدة، والكتائب متشابكة مع الكتائب المجاورة فقط. قد يكون للنتائج تأثير حقيقي في تخزين البيانات الكمومية وفقًا للمجلة. وقد تستخدم الحالات المتشابكة في الحوسبة الكمومية للتأكد من أن البيانات آمنة حتى في حال حدوث خطأ (عملية تدعى تصحيح الخطأ الكمومي).
من طريق تشابك 36 ضابطًا كموميًا في حالة من العلاقات المترابطة، وجد الباحثون ما يسمى حالة التشابك القصوى المطلقة -absolutely maximally entangled state، حالات كهذه يمكن أن تكون مهمة للتخزين المرن للبيانات في الحوسبة الكمومية.
اقرأ أيضًا:
توصل العلماء إلى طريقة لإنشاء تشابك كمي مستقر
تسجيل التشابك الكمي على مقاييس تعتبر كبيرة نسبيًا
ترجمة: إيهاب العيسى
تدقيق: محمد الشعراني
مراجعة: حسين جرود
