هدایت کوانتوم اسرارآمیز در یک فاصله‌ دور برای اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر

منتشر‌شده در: scitechdaily به تاریخ ۲۳ آوریل ۲۰۲۱
لینک منبع: Spooky Quantum Steering at a Distance for More Precise Measurements

سیستم‌های کوانتومی متشکل از چندین ذره می‌توانند برای اندازه‌گیری دقیق‌تر میدان‌های مغناطیسی یا الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند. در حال حاضر یک فیزیک‌دان جوان در دانشگاه بازل، طرح جدیدی را برای چنین اندازه‌گیری‌هایی پیشنهاد داده است که از نوع خاصی از همبستگی بین ذرات کوانتومی استفاده می‌کند.

در اطلاعات کوانتومی، عوامل فرضی Alice و Bob اغلب برای نشان دادن وظایف ارتباطی پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرند. در یکی از این فرایندها، Alice می‌تواند از ذرات کوانتومی درهم‌پیچیده مانند فوتون‌ها برای انتقال یا «تله پورت» یک حالت کوانتومی - که حتی برای خودش هم ناشناخته است - به باب استفاده کند، چیزی که با استفاده از ارتباطات سنتی امکان‌پذیر نیست.

با این حال، مشخص نیست که آیا تیم Alice-Bob می‌تواند از حالت‌های کوانتومی مشابه برای موارد دیگر در کنار ارتباط استفاده کند یا خیر. یک فیزیک‌دان جوان در دانشگاه بازل نشان داده است که چگونه انواع خاصی از حالت‌های کوانتومی می‌توانند برای اندازه‌گیری با دقت بالاتر از آنچه فیزیک کوانتومی اجازه می‌دهد، مورد استفاده قرار گیرند. نتایج در مجله علمی ارتباطات طبیعت منتشر شده است.

شاید به مطالعه مقاله محاسبات کوانتومی چیست؟ علاقمند باشید.

هدایت کوانتوم در فاصله‌ای دور

دکتر ماتئو فادل، که در دپارتمان فیزیک دانشگاه بازل کار می‌کند، همراه با محققان بریتانیای کبیر و فرانسه، به این فکر کرده است که چگونه می‌توان با کمک به اصطلاح هدایت کوانتومی، به وظایف اندازه‌گیری با دقت بالا رسیدگی کرد.

هدایت کوانتومی این حقیقت را توصیف می‌کند که در حالت‌های کوانتومی خاص سیستم‌هایی که از دو ذره تشکیل شده‌اند، اندازه‌گیری ذره اول به ما این امکان را می‌دهد که پیش‌بینی‌های دقیق‌تری را در مورد نتایج اندازه‌گیری ممکن روی ذره دوم نسبت به مکانیک کوانتومی انجام دهیم که تنها اندازه‌گیری روی ذره دوم امکان‌پذیر باشد. درست مثل این است که اندازه‌گیری روی ذره اول، وضعیت ذره دوم را «هدایت» کرده باشد.

این پدیده همچنین به عنوان پارادوکس EPR شناخته می‌شود که به نام آلبرت انیشتین، بوریس پودولسکی و ناتان روزن که برای اولین بار در سال ۱۹۳۵ آن را توصیف کردند، نامگذاری شده است. چیزی که در مورد آن قابل‌توجه است این است که حتی اگر ذرات از هم دور باشند چون «گرفتار» کوانتومی-مکانیکی هستند و می‌توانند یکدیگر را از فاصله دور احساس کنند، کار می‌کند. (چیزی که انیشتین آن را «عمل اسرارآمیز از راه دور» نامید.) همچنین این پدیده همان چیزی است که به Alice اجازه می‌دهد تا حالت کوانتومی خود را در تله‌پورت کوانتومی به Bob انتقال دهد.

فادل توضیح می‌دهد: «برای هدایت کوانتومی، ذرات باید به شیوه‌ای بسیار خاص با یکدیگر درگیر شوند.» «ما علاقمند به درک این موضوع بودیم که آیا می‌توان از این روش برای اندازه‌گیری‌های بهتر استفاده کرد یا خیر.» روند اندازه‌گیری که او پیشنهاد می‌کند شامل انجام اندازه‌گیری توسط Alice بر روی ذرات و انتقال نتیجه به Bob است.

به لطف هدایت کوانتومی، Bob می‌تواند دستگاه اندازه‌گیری خود را طوری تنظیم کند که خطای اندازه‌گیری روی ذره او کم‌تر از زمانی باشد که بدون اطلاعات Alice بوده است. از این طریق، Bob می‌تواند برای مثال میدان‌های مغناطیسی یا الکتریکی را که با دقت بالایی بر روی ذرات او عمل می‌کنند اندازه‌‌‌‌گیری کند.

ممکن است مطالعه ابزار جدید IBM به توسعه‌دهندگان امکان اضافه کردن قدرت محاسبات کوانتومی به یادگیری ماشینی را می‌دهد. برای شما جذاب باشد.

مطالعه سیستماتیک اندازه‌گیری‌های هدایت پیشرفته

مطالعه فادل و همکارانش در حال حاضر مطالعه سیستماتیک و نشان دادن سودمندی هدایت کوانتومی برای کاربردهای هواشناسی را ممکن می‌سازد. فادل می‌گوید: «این ایده ناشی از آزمایشی بود که ما در سال ۲۰۱۸ در آزمایشگاه پروفسور فیلیپ تروتلیین در دانشگاه بازل انجام دادیم.»

در آن آزمایش، ما برای اولین بار قادر به اندازه‌گیری هدایت کوانتومی بین دو ابر که هر کدام حاوی صدها اتم سرد بودند، بودیم. پس از آن، از خودمان می‌پرسیم که آیا انجام کار مفیدی با آن ممکن است. فادل در کار خود، در حال حاضر مبنای ریاضی محکمی را برای تحقق کاربردهای اندازه‌گیری زندگی واقعی که از هدایت کوانتومی به عنوان یک منبع استفاده می‌کنند، ایجاد کرده است.

ترتولین می‌گوید: «در چند مورد ساده، ما از قبل می‌دانستیم که بین پارادوکس EPR و اندازه‌گیری‌های دقیق ارتباطی وجود دارد.» اما اکنون ما یک چارچوب نظری کلی داریم، که بر اساس آن می‌توانیم استراتژی‌های جدیدی را برای علم فیزیک کوانتومی توسعه دهیم. محققان در حال حاضر بر روی نشان دادن تجربی ایده‌های فادل کار می‌کنند. در آینده، این امر می‌تواند منجر به افزایش ابزارهای اندازه‌گیری کوانتومی جدید شود.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.