يخترع العلماء “الفلوت الكمومي” الذي يمكن أن يجعل جزيئات الضوء تتحرك معًا

اخترع علماء الفيزياء بجامعة شيكاغو “الفلوت الكمومي” الذي ، مثل Pied Piper ، يمكنه إجبار جزيئات الضوء على التحرك معًا بطريقة لم يسبق لها مثيل من قبل.

موصوفة في دراستين نشرتا في رسائل المراجعة البدنية و فيزياء الطبيعة، يمكن للاختراق أن يوجه الطريق نحو الإدراك ذكريات الكم أو أشكال جديدة من تصحيح الخطأ في أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، ومراقبة الظواهر الكمية التي لا يمكن رؤيتها في الطبيعة.

مساعد. يعمل معمل البروفيسور ديفيد شوستر بت الكم– المكافئ الكمي لجزء حاسوبي – الذي يستغل الخصائص الغريبة للجسيمات على المستوى الذري وما دون الذري للقيام بأشياء مستحيلة لولا ذلك. في هذه التجربة ، كانوا يعملون مع جسيمات الضوء ، المعروفة بالفوتونات ، في طيف الميكروويف.

يتكون النظام الذي ابتكروه من تجويف طويل مصنوع في كتلة واحدة من المعدن ، مصمم لحبس الفوتونات عند ترددات الميكروويف. يتكون التجويف من خلال حفر ثقوب تعويض مثل الثقوب في الفلوت.

“تمامًا كما هو الحال في آلة موسيقيةقال شوستر ، “يمكنك إرسال طول موجي واحد أو عدة أطوال موجية من الفوتونات عبر كل شيء ، وكل طول موجي يُنشئ” ملاحظة “يمكن استخدامها لتشفير المعلومات الكميةيمكن للباحثين بعد ذلك التحكم في تفاعلات “الملاحظات” باستخدام بت كمومي رئيسي ، دائرة كهربائية فائقة التوصيل.

لكن أغرب اكتشافهم كان الطريقة التي تتصرف بها الفوتونات معًا.

في الطبيعة ، نادرًا ما تتفاعل الفوتونات – إنها ببساطة تمر عبر بعضها البعض. مع التحضير المضني ، يمكن للعلماء في بعض الأحيان حث فوتونين على التفاعل مع وجود الآخر.

قال شوستر: “هنا نفعل شيئًا أكثر غرابة”. “في البداية لا تتفاعل الفوتونات على الإطلاق ، ولكن عندما تتفاعل إجمالي الطاقة في النظام يصل إلى نقطة تحول ، فجأة ، كلهم ​​يتحدثون مع بعضهم البعض “.

إن وجود العديد من الفوتونات “تتحدث” مع بعضها البعض في تجربة معملية أمر غريب للغاية ، مثل رؤية قطة تمشي على رجليها الخلفيتين.

قال شوستر: “عادة ، تكون معظم تفاعلات الجسيمات واحدًا لواحد – حيث يرتد جسيمان أو يجتذبان بعضهما البعض”. “إذا أضفت ثلثًا ، فعادة ما يظلون يتفاعلون بالتتابع مع أحدهم أو الآخر. لكن هذا النظام يجعلهم جميعًا يتفاعلون في نفس الوقت.”

اختبرت تجاربهم ما يصل إلى خمس “ملاحظات” فقط في المرة الواحدة ، لكن العلماء تمكنوا في النهاية من تخيل تشغيل مئات أو آلاف الملاحظات من خلال كيوبت واحد للتحكم فيها. قال شوستر في عملية معقدة مثل الكمبيوتر الكمي ، يريد المهندسون التبسيط في كل مكان يمكنهم فيه: “إذا كنت تريد بناء كمبيوتر كمي بألف بتة ويمكنك التحكم فيها جميعًا من خلال جزء واحد ، فسيكون ذلك ذا قيمة لا تصدق . “

الباحثون متحمسون أيضًا للسلوك نفسه. لم يلاحظ أحد أي شيء مثل هذه التفاعلات في الطبيعة ، لذلك يأمل الباحثون أيضًا أن يكون الاكتشاف مفيدًا لمحاكاة الظواهر الفيزيائية المعقدة التي لا يمكن رؤيتها حتى هنا على الأرض ، بما في ذلك ربما حتى بعض فيزياء الثقوب السوداء.

أبعد من ذلك ، التجارب ممتعة فقط.

“تحدث التفاعلات الكمومية عادةً عبر مقاييس الطول والوقت صغيرة جدًا أو سريعة بحيث لا يمكن رؤيتها. في نظامنا ، يمكننا قياس الفوتونات في أي من ملاحظاتنا ، وراقب تأثير التفاعل فور حدوثه. قال سريفاتسان شاكرام ، الباحث ما بعد الدكتوراة في جامعة شيكاغو ، سريفاتسان شاكرام ، المؤلف الأول المشارك في الورقة ، والذي أصبح الآن أستاذًا مساعدًا في جامعة روتجرز: إنه أمر رائع حقًا أن “ترى” تفاعلًا كميًا مع عينك “.