تعاون علماء من TU Wien ومعهد Max-Planck-Institut für Quantenoptik في Garching و FU Berlin و ETH Zürich وجامعة نيويورك في دراسة بحثية قامت للمرة الأولى بقياس ظاهرة كمومية متناقضة.
تبادل المعلومات الكمومية
في بعض الأحيان ، تحتوي إحدى الكميات على معلومات عن أخرى.
على سبيل المثال ، تخيل أن أمامك مجموعة من عشرين كلبًا. إذا اخترت واحدة أطول بكثير من متوسط العبوة ، فهناك فرصة جيدة أن يزن هذا الكلب أيضًا أكثر من المتوسط. في هذه الحالة ، تحتوي “كمية” طول هذا الكلب أيضًا على معلومات حول وزنه.
بالطبع ، يمكن أن يتغير هذا الارتباط بين الكميات المختلفة اعتمادًا على الكميات المعنية والسياق. ولكن وفقًا لـ TU Wien ، تسمح فيزياء الكم بإقامة روابط أقوى بين الكميات المختلفة. على سبيل المثال ، يمكن لجسيمات مختلفة أو أجزاء من النظام الكمي “مشاركة” بعض المعلومات.
بعض التنبؤات المحيطة بالنظرية غريبة تمامًا. على سبيل المثال ، يفترض العلماء أن هذه “المعلومات المتبادلة” لا تعتمد على حجم النظام ولكن فقط على مساحة سطحه. الآن ، أكد العلماء هذه النظرية تجريبياً ، وكانت النتائج نشرت في المجلة المحكمة فيزياء الطبيعة.
فهم مفارقة الكم
“لنتخيل حاوية غاز تطير فيها الجسيمات الصغيرة وتتصرف بطريقة كلاسيكية جدًا مثل الكرات الصغيرة. إذا كان النظام في حالة توازن ، فإن الجسيمات الموجودة في مناطق مختلفة من الحاوية لا تعرف شيئًا عن بعضها البعض. يمكن للمرء أن يعتبرهم مستقلين تمامًا عن بعضهم البعض. لذلك ، يمكن للمرء أن يقول إن المعلومات المتبادلة بين هذين الجسيمين هي صفر ، “قال محمد أمين طاجيك من TU Wien ، في بيان صحفي.
لكن هذه ليست الطريقة التي تعمل بها الأشياء في عالم الكم. إذا كان للجسيمات سلوك كمي ، فلا يمكنك اعتبارها مستقلة عن بعضها البعض. يمكن أن تكون مرتبطة رياضيًا – وهذا يعني أنه لا يمكنك وصف أحد الجسيمات بشكل هادف دون أن تقول شيئًا عن الآخر.
“بالنسبة لمثل هذه الحالات ، كان هناك منذ فترة طويلة تنبؤ حول المعلومات المتبادلة المشتركة بين الأنظمة الفرعية المختلفة لنظام كمي متعدد الأجسام. في مثل هذا الغاز الكمي ، تكون المعلومات المتبادلة المشتركة أكبر من الصفر ، ولا تعتمد على حجم الأنظمة الفرعية – ولكن فقط على السطح الخارجي المحيط للنظام الفرعي “، أوضح طاجيك.
التجربة التي أثبتت التناقض
أكد الفريق الدولي للمرة الأولى أن “المعلومات المتبادلة” في الأنظمة الكمومية للعديد من الأجسام تزداد بشكل متناسب مع مساحة سطحها بدلاً من حجمها.
ولاختبار ذلك ، أجروا دراسة على سحابة من الذرات شديدة البرودة. بشكل أساسي ، قاموا بتثبيت الجسيمات في مكانها باستخدام شريحة ذرة وتبريدهم إلى درجة حرارة أعلى بقليل من الصفر المطلق. عند أدنى درجات الحرارة ، تصبح الخصائص الكمومية للجسيمات أكثر أهمية. هذا هو سبب تشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية في درجات حرارة شديدة البرودة.
عندما تصل الأنظمة إلى درجات حرارة شديدة البرودة ، تنتشر المعلومات أكثر فأكثر في النظام. مع هذا ، تصبح الروابط بين الأجزاء الفردية للنظام أكثر أهمية. وعندما يحدث هذا ، يمكن وصف مثل هذا النظام بنظرية المجال الكمومي.
“التجربة صعبة للغاية. نحتاج إلى معلومات كاملة عن نظامنا الكمي ، بأفضل ما تسمح به الفيزياء الكمية. لهذا ، قمنا بتطوير تقنية خاصة للتصوير المقطعي. نحصل على المعلومات التي نحتاجها عن طريق تشويش الذرات قليلاً ثم مراقبة الديناميكيات الناتجة. قال يورغ شميدماير ، الذي قاد البحث ، في بيان صحفي.
قارن شميدماير هذا بإلقاء حجر في البركة والتعرف على المياه والبركة من التموجات الناتجة عن رمي الصخرة.
