محققان پرشهای کوانتومی را پیشبینی کردند
بيگ بنگ/ در سال ۱۹۳۵ فيزيکداني به نام “اروين شرودينگر” آزمايشي ذهني طراحي کرد تا دو پديدۀ فيزيک ِ کوانتومي عجيب را به تصوير بکشد: برهمنهي و غيرقابل پيشبيني بودن. اين آزمايش به «گربۀ شرودينگر» معروف شد و به مدت بيش از ۸۰ سال اساس و بنياد فيزيک کوانتوم بود. اما بتازگي گروهي از محققان دانشگاه ييل در مقالهاي، قضيه و فرض منطقي اصلي اين آزمايش را از بين بردند- اقدام پيشگامانهاي که ميتواند در نهايت باعث شود دانشمندان کامپيوترهاي کوانتومي مفيدي را توسعه دهند. گربه شرودينگر معروفترين گربهاي است که هرگز زندگي نکرده؛ يا هرگز نمرده؛ در واقع اين به ديدگاه شما بستگي دارد. در اين آزمايش فکري، يک گربه درون جعبهاي زنداني است. اين جعبه حاوي مقدار کمي ماده راديواکتيو است که احتمالا طي يک ساعت، دچار واپاشي مي شود. در اين صورت جعبۀ حاوي يک شيشه سم توسط چکش شکسته شده و سم آزاد ميشود. اينکه اين آزمايش فکري چطور به فيزيک کوانتوم مربوط ميشود به عدم قطعيت مربوط مي شود: هيچ راهي وجود ندارد تا بدانيم در هر نقطه زماني در آن يک ساعت، گربه زنده بوده يا مرده! تا زماني که کسي جعبه را باز نکرده و مستقيما گربه را نديده به لحاظ ِ نظري گربه هم زنده است و هم مرده! به اين اصل “برهمنهيِ کوانتومي” مي گويند: طبق اين اصل يک سيستم کوانتومي ميتواند همزمان در دو حالت وجود داشته باشد و بصورت آني به حالت ديگر «پرش کند». هشدار پيشرفته پيشبيني اينکه چه زماني سيستم کوانتومي از يک حالت به حالت ديگري «ميپرد» غيرممکن است- يا حداقل اين چيزي است که محققان تا چندي پيش تصور ميکردند، زيرا پژوهشگران دانشگاه ييل بتازگي تحقيقي را در مجله Nature منتشر کردند که کشف آنها در مورد سيستم هشدار اوليه براي پرشهاي کوانتومي را به دقت، توضيح ميدهد. اين تيم با استفاده از ترکيبي از سه ژنراتور مايکروويو، يک حفرۀ آلومينيومي و يک اتم مصنوعيِ ابررسانا، پي بردند که زمان ِ پرش کوانتومي ِ اتم قابل پيشبيني است. اين محققان فقط بايد به دنبال عدم حضور ناگهانيِ نوع خاصي از فوتونهاي ِ منتشرشده از اتم، ميبودند. محقق ميشل دوورت در مصاحبهاي خبري گفت: «تأثير زيبايي که توسط اين آزمايش نشان داده شد، افزايش انسجام در طول پرش است». همکار وي، زلاتکو مينو، افزود: «ميتوان از اين امر هم براي گرفتن و درک پرش و هم براي معکوس کردن آن سود برد.» توان محاسباتي با استفاده از توانايي معکوس کردن ِ پرش کوانتومي، مي توان به توسعه کامپيوترهاي کوانتومي کمک کرد. واحدهاي اصلي اطلاعات کوانتومي در سيستمهاي محاسباتي، “کيوبيت” نام دارند. کيوبيت شبيه به بيت در محاسبات سنتي است، اما بجاي اينکه ۱ يا ۰ باشد ميتواند همزمان هم ۱ و هم ۰ باشد. بعد از خطاي محاسبات حالتهاي کيوبيت را در سيستمهاي محاسباتي کوانتومي، تغيير ميدهند. اکنون محققان راهي براي پيشبيني اين تغييرات يافتهاند. در اين صورت مي توان خطاها را سريعتر تصحيح و دادههاي کوانتومي را مديريت کرد. مينو گفت: «پرشهاي کوانتومي اتم تا حدي شبيه به فوران آتشفشانهاست؛ در دراز مدت کاملاً غيرقابل پيشبيني هستند. با اين وجود ميتوانيم با نظارت صحيح، هشدار پيشرفته فاجعۀ ناگهاني را با قطعيت تشخيص دهيم و قبل از رخ دادن ِ آن، دست به کار شويم.»