تُعد فيزياء الكم واحدة من الفروع العلمية الأكثر ثورية في عصرنا، حيث تمكنت من كسر القواعد التقليدية للفيزياء الكلاسيكية وفتحت الباب أمام فهم سلوك الذرات والجسيمات. تعتمد هذه العلوم على القدرة على قياس الخصائص الفردية والجماعية لتلك الجسيمات، وهي مهمة تتسم بالتحدي نظرًا لأن الأدوات المستخدمة تخضع هي الأخرى لقوانين الكم.
فيزياء الكم وتحديات القياس
تُعتبر القياسات في عالم الكم من الأمور الصعبة والمعقدة، حيث تتداخل أدوات القياس ذاتها في خصائص الجسيمات التي يُفترض أن تقيسها. أشار الخبير أليخاندرو بوزاس كيرستينز إلى أن مجال القياسات الكمية لا يزال غير مفهوم بشكل كامل بسبب قلة الاهتمام البحثي الموجه له حتى الآن.
في العادة، كان التركيز منصبًا على دراسة حالات الأنظمة الكمية نفسها، والتي تتضمن خصائص مثل التشابك والتراكب، وهي خصائص تجد تطبيقات مباشرة في مجالات مثل التشفير الكمي والحوسبة الكمومية.
الجسيمات المرتبطة بخيط غير مرئي
تلعب القياسات دورًا حيويًا في تطوير تقنيات المستقبل مثل الاتصالات الكمومية، التي تعتمد على ترميز المعلومات في جزيئات الضوء. للوصول إلى هذه المعلومات، يجب أولاً قياس الجسيمات.
السؤال المركزي هنا هو ما إذا كان يمكن إجراء قياس مشترك على جزيئات منفصلة تحمل كل منها جزء من المعلومات دون جمعها فيزيائيًا. أظهرت دراسة جديدة من قسم الفيزياء بجامعة جنيف إمكانية إجراء قياسات بسيطة ولكنها أساسية على أنظمة جسيمات منفصلة بشرط أن تشارك أجهزة القياس في جسيمات متشابكة.
التشابك الكمومي: حجر الأساس
التشابك هو إحدى الظواهر الأساسية في فيزياء الكم، حيث يرتبط جسيمان أو أكثر بحيث تحدد حالة أحدهما فورًا حالة الآخر، بغض النظر عن المسافة بينهما. يؤدي قياس أحد الجسيمات إلى الكشف المباشر عن الخصائص المقابلة في الجسيم الآخر.
ومع ذلك، هناك تعقيد في المسألة: بعض القياسات تتطلب كميات أكبر أو أقل من الجسيمات المتشابكة لتحقيق الدقة المطلوبة. لذا، قام فريق البحث بتطوير نظام تصنيف يوضح أنواع القياسات والموارد اللازمة من التشابك لتنفيذها.
تطبيقات واعدة
تمثل هذه النتائج خطوة نحو فهم أكثر منهجية للقياسات في الأنظمة الكمية. يمكن أن تجد هذه التطبيقات طريقها ليس فقط في مجال الاتصالات الكمومية، بل أيضًا في الحوسبة الكمومية.
على سبيل المثال، في المحاكاة الحاسوبية التقليدية، تُوزع العمليات الحسابية على عدة أجهزة، وتُجمع النتائج في النهاية. يجري التفكير في نهج مشابه للحواسيب الكمومية، حيث يتطلب قراءة النتائج إجراء قياسات عبر عدة أجهزة.
الخاتمة
بفضل بروتوكولات القياس المشترك عن بُعد، يمكن الاستغناء عن الحاجة إلى المركزية، حيث يمكن لكل حاسوب كمي قياس جزءه الخاص، ويمكن إعادة بناء النتيجة الكلية دون أي نقل مادي للبيانات. يُعد هذا الاتجاه واعدًا ويخطط الباحثون لاستكشافه بشكل أعمق في المستقبل.
