باستخدام ملاقط بصرية مكونة من ضوء الليزر، طور الباحثون طريقة جديدة للتعامل مع الذرات الفردية وإنشاء حالة من التشابك المفرط.

هذا الاختراق يمكن أن يؤدي إلى أشكال جديدة من الحوسبة الكمومية والتقدم في عمليات المحاكاة الكمومية المصممة للإجابة على الأسئلة الأساسية حول الفيزياء.

استخدم علماء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الملقط البصري للتحكم في الذرات الفردية لعدة عقود، مما أدى إلى عدد من التطورات، بما في ذلك تصحيح الخطأ الكمي وطريقة إنشاء الساعات الأكثر دقة في العالم.

ومع ذلك، فإن إحدى المشكلات المستمرة في هذه العملية هي الحركة الطبيعية للذرات، والتي يمكن أن تسبب ضوضاء (وأخطاء) في النظام الكمي. ولكن في الدراسة الرائعة التي نشرت في المجلة علوم، لقد تحول هذا الضعف.

وقال: “لقد أظهرنا أن الحركة الذرية، التي يتم التعامل معها عادة كمصدر للضوضاء غير المرغوب فيها في الأنظمة الكمومية، يمكن تحويلها إلى قوة”. آدم شو في أ إفادة على موقع معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، باحث ما بعد الدكتوراه والمؤلف الأول للدراسة.

وبدلاً من التأثير التخريبي، قام شو وزملاؤه بتسخير هذه الحركة لإنشاء مجموعات شديدة التشابك من الذرات. التشابك المفرط يختلف عن التقليدي التشابك الكمي، الذي يصف جسيمين أو أكثر متزامنين ويشتركان في خاصية عبر مسافات شاسعة. وعلى النقيض من ذلك، يمكن للذرات شديدة التشابك أن تتشارك في خصائص متعددة في نفس الوقت.

في التجربة، تمكن فريق معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا من ربط كل من حالات الحركة والحالات الإلكترونية (مقياس لمستوى الطاقة الداخلية للذرة) في زوج من الذرات في نفس الوقت.

متعلق ب: قام الفيزيائيون بإنشاء قطة شرودنغر الأكثر إثارة على الإطلاق في اختراق تكنولوجيا الكم

ويعتبر هذا الإنجاز خطوة مهمة من حيث الحجم والكفاءة، بحسب ما قاله مانويل إندريس، أستاذ الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة. وقال في البيان: “هذا يسمح لنا بتشفير المزيد من المعلومات الكمومية لكل ذرة”. “تحصل على مزيد من التشابك بموارد أقل.”

ولتحقيق حالة التشابك المفرط هذه، كان على الفريق أولاً تبريد ذرة أرضية قلوية بدون شحن باستخدام طريقة جديدة قال إندريس إنها تتضمن “الكشف والتصحيح النشط اللاحق للإثارة الحركية الحرارية”. ومن خلال استخدام هذه الطريقة، تمكن الفريق من تجميد حركة الذرة بشكل كامل تقريبًا.

وكانت الخطوة التالية هي جعل الذرات تتأرجح مثل البندول على نطاق صغير في اتجاهين مختلفين في وقت واحد، مما يخلق حالة من تراكب – عندما يُظهر الجسيم خصائص متضادة في نفس الوقت. تم بعد ذلك تشابك هذه الذرات المتذبذبة مع شركاء يطابقون حركتها، وفي النهاية أصبحوا متشابكين للغاية ليعكسوا أيضًا حالاتهم الإلكترونية.

وفقًا لأندريس، كان الهدف من التجربة هو العثور على الحد الأقصى من التحكم الذي يمكنهم ممارسته على الذرات. وقال: “نحن في الأساس نبني صندوق أدوات”. “لقد عرفنا كيفية التحكم في الإلكترونات داخل الذرة، وتعلمنا الآن كيفية التحكم في الحركة الخارجية للذرة ككل – إنها مثل لعبة الذرة التي أتقنتها بالكامل.”

أحد الجوانب الأكثر إثارة لهذا الاكتشاف هو الإشارة إلى إمكانية تشابك المزيد من الحالات أو الخصائص، وهو ما قال إندريس إنه قد يؤدي إلى عدد من التطبيقات المحتملة.

“يمكن أن تصبح الحالات الحركية مصدرًا قويًا لتكنولوجيا الكم، بدءًا من الحوسبة إلى المحاكاة وحتى القياسات الدقيقة.”