ثبت یک رکورد کوانتومی با درهم تنیدن 15 تریلیون اتم

به گزارش ایسنا و به نقل از نیو اطلس، درهم تنیدگی کوانتومی پدیده‌ای است که به همان اندازه که عجیب است، شکننده و گسستنی نیز هست. تصور می‌شود ذرات درهم تنیده در صورت مواجهه با عوامل بیرونی این پیوند غیر قابل توضیح را از دست می‌دهند. اما اکنون، فیزیک‌دانان موفق به تولید ابرهای داغی شامل تریلیون‌ها اتم درهم تنیده و شکستن رکورد در این حوزه شده‌اند که نشان می‌دهد این درهم تنیدگی به اندازه‌ای که تاکنون تصور می‌شد، بی‌دوام و شکننده نیست.

جفت‌ها یا گروه‌هایی از ذرات می‌توانند چنان در هم تنیده شوند که اندازه گیری وضعیت یکی از آنها فورا بدون توجه به میزان فاصله بین آنها، خصوصیات دیگران را تغییر می‌دهد. این موضوع به اندازه کافی عجیب به نظر می‌رسد، اما پیامدهای آن موجب تغییر درک ما از فیزیک کوانتوم می‌شود. در هر حال به نظر می‌رسد که اطلاعات، بسیار سریع‌تر از سرعت نور بین آنها منتقل می‌شود که این امر غیرممکن دانسته می‌شد.

حتی "اینشتین" در ابتدا اعتقادی به این امر نداشت و آن را "عمل شبح وار از راه دور"(spooky action at a distance) می‌دانست و در عوض متغیرهای پنهان را دخیل می‌دانست. اما چندین دهه آزمایش نشان داده است که درهم تنیدگی کوانتومی واقعا وجود دارد و ما در حال حاضر شروع به بهره برداری از این پدیده برای فناوری‌های جدید مانند شبکه‌های ارتباطی سریع‌تر و ایمن‌تر کرده‌ایم.

اما یک مشکل این است که این ارتباط بین ذرات، بسیار بی‌ثبات است، بنابراین اختلالات ناچیز از ذرات یا حوادث دیگر می‌تواند این ذرات را از هم جدا کند. اکثر آزمایش‌ها و فناوری‌هایی که از درهم تنیدگی کوانتومی استفاده می‌کنند برای جلوگیری از وقوع این اتفاق تنها می‌توانند در دماهای بسیار پایین (نزدیک به صفر مطلق) کار کنند، چرا که در این دما تقریبا تمام حرکت‌ها متوقف می‌شود، بنابراین هیچ گونه مزاحمتی برای شکستن پیوندهای کوانتومی وجود ندارد.

مطمئنا نیاز به عملکرد در این دما برای محصولات تجاری یا مصرفی کاربردی نیست، بنابراین دانشمندان در تلاش هستند تا روش‌هایی بیابند که درهم تنیدگی کوانتومی در دماهای بالاتر را ممکن کند. این تحقیقات تاکنون توانسته این اتفاق را در دمای اتاق محقق کند و حتی در شرایط گرم‌تر نیز انجام شده است.

مطالعه جدید توسط محققان موسسه علوم فتونیک (ICFO) اسپانیا، دانشگاه "هانگژو دیانزی" چین و دانشگاه فنی والنسیا انجام شده است. محققان فلز روبیدیم را با گاز نیتروژن مخلوط کرده و آن را تا دمای 176.9 درجه سانتیگراد گرم کردند. در این دما، فلز تبخیر می‌شود و باعث می‌شود اتم‌های آزاد روبیدیم در اطراف محفظه شناور شوند. در آنجا آنها با یکدیگر درگیر یا در هم تنیده می‌شوند و محققان می‌توانند درهم تنیدگی آنها را با تاباندن یک اشعه لیزر از گاز، اندازه گیری کنند.

محققان حدود 15 تریلیون اتم درهم تنیده را در گاز نیتروژن مشاهده کردند که به گفته آنها تقریبا 100 برابر بیشتر از هر آزمایش دیگری است. جالب اینجاست که به نظر می‌رسد این درهم تنیدگی، اتم‌هایی را به یکدیگر پیوند می‌دهد که لزوما به هم نزدیک نیستند و بین هر جفت معین، هزاران اتم دیگر دارای شریک‌های مخصوص خود وجود دارد.

اما جالب‌ترین بخش این تحقیق این است که وضعیت در هم تنیدگی ایجاد شده به اندازه‌ای که تصور می‌شد، شکننده نبود. اتم‌ها در این گاز داغ و پرانرژی دائما در حال پریدن از روی یکدیگر بودند، اما پیوندهای کوانتومی همچنان باقی می‌ماند. به نظر می‌رسد که این برخوردها موجب از بین رفتن در هم تنیدگی نمی‌شود، بلکه آن را به سایر اتم‌ها منتقل می‌کند.

"جیا کونگ" سرپرست این تحقیق می‌گوید: اگر اندازه گیری را متوقف کنیم، در هم تنیدگی برای تقریبا یک میلی ثانیه پایدار می‌ماند، به این معنی که 1000 بار در ثانیه یک دسته جدید از 15 تریلیون اتم در هم تنیده می‌شوند و شما باید به این فکر کنید که 1 میلی ثانیه زمانی بسیار طولانی برای اتم‌ها است و به اندازه‌ای طولانی است که حدود 50 برخورد تصادفی اتفاق بیافتد. این به وضوح نشان می‌دهد که درهم تنیدگی در اثر این برخوردهای تصادفی از بین نمی‌رود و شاید این شگفت آورترین نتیجه کار ما باشد.

در هم تنیدگی کوانتومی می‌گوید در سامانه‌های مرکب با وضعیت‌هایی مواجه می‌شویم که در آن اجزای سامانه دارای هیچ ویژگی نیستند، بلکه فقط سامانه کل دارای دسته‌ای از ویژگی‌ها است. به زبان ساده و به عنوان اولین مثال تاریخی، درهم‌تنیدگی، جفت شدن خواص مکانیکی دو ذره است، ذراتی که پیش‌تر با یکدیگر در اندرکنش بوده و سپس از یکدیگر جدا شده‌اند، به دلیل دارا بودن ویژگی درهم تنیدگی مشاهده اولین ذره منجر به تغییر آنی ذره دوم می‌گردد. در هم تنیدگی برای ذراتی همچون فوتون‌ها، الکترون‌ها و حتی مولکول‌ها رخ می‌دهد. این اندرکنش فیزیکی مربوط به خواصی نظیر مکان، تکانه، اسپین و قطبش و غیره است، به گونه‌ای که با تعیین هر یک از خواص برای یکی از دو ذره همان خاصیت در دیگری تعیین می‌شود. به عبارت دیگر هر یک از ذرات جفت شده به خوبی توسط حالت کوانتومی مشابه توصیف می‌شوند.

محققان می‌گویند موفقیت حاضر می‌تواند در چند زمینه کمک کند و به طور خاص در حوزه تصویربرداری مغناطیسی مغز که از این نوع گازها برای شناسایی سیگنال‌های مغناطیسی بسیار ضعیف حاصل از فعالیت مغز استفاده می‌کند.

"مورگان میچل" یکی از محققان این مطالعه می‌گوید: این نتیجه تعجب آور است. ما امیدواریم که این مطالعه به عملکرد بهتر حسگرها در برنامه‌های مختلف از تصویربرداری از مغز و خودروهای خودران گرفته تا جستجوی ماده تاریک کمک کند.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

انتهای پیام