في الذكرى المئوية لاكتشاف ميكانيكا الكم، التي تصف الكون على أصغر وأبسط مستوياته، تم منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 لثلاثة رواد في نقل التأثيرات الغامضة لهذه النظرية إلى العالم اليومي.
ميكانيكا الكم: النظرية التي غيرت العالم
تعتبر ميكانيكا الكم واحدة من أنجح النظريات العلمية في التاريخ، إذ أنها تلعب دوراً محورياً في معظم التقنيات التحويلية اليوم، من الحواسيب الفائقة إلى الهواتف الذكية. تكشف هذه النظرية عن حقائق غير بديهية مثل تحول الجسيمات إلى أمواج، وقدرتها على الوجود في حالات متعددة متناقضة في نفس الوقت، وارتباط خصائصها بشكل مثالي عبر التشابك، بغض النظر عن المسافة بينها.
هذا العام، حصل ثلاثة علماء على جائزة نوبل لتقديمهم تأثيراً كمياً غريباً آخر يُعرف بالنفق الكمي إلى العالم الماكروسكوبي. هؤلاء العلماء هم جون كلارك، وميشيل هـ. ديفوريت، وجون م. مارتينيز.
النفق الكمي: من الجسيمات إلى العالم الماكروسكوبي
يحدث النفق الكمي عندما يمر جسيم عبر حاجز لا يمكن تجاوزه ليظهر على الجانب الآخر، وهو تأثير يشبه رمي كرة على جدار لتجدها بلا خدش على الجانب الآخر مع بقاء الجدار سليماً. يعتبر هذا التأثير أساساً للترانزستورات، لكنه عادةً ما يتلاشى مع تجميع العديد من الجسيمات، وهو السبب الذي لا نرى فيه أحداً يمر عبر الجدران في الحياة اليومية.
في سلسلة من التجارب التي أُجريت في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، في عامي 1984 و1985، أظهر كلارك وديفوريت ومارتينيز أن العملية يمكن أن تحدث على نطاقات أكبر مما كان يعتقد سابقاً.
تطبيقات النفق الكمي في التكنولوجيا الحديثة
استلهم العلماء تجاربهم من العمل النظري للفيزيائي أنطوني ليجيت، واستخدموا دوائر إلكترونية مبنية من الموصلات الفائقة، التي يمكنها نقل التيار دون مقاومة كهربائية. تحتوي هذه الأجهزة على مكونات فائقة التوصيل مفصولة بحاجز رقيق من المادة غير الموصلة، وهو ما يُعرف بوصلات جوزيفسون.
من خلال رسم خرائط وقياس خصائص الدائرة بشكل مستفيض، تمكن العلماء من إظهار كيفية تصرف الإلكترونات وكأنها جسيم واحد، تعبر الحاجز لتملأ الدائرة بأكملها.
التحديات والآفاق المستقبلية في الحوسبة الكمية
أحد أكبر التحديات في مجال الحوسبة الكمية هو مزامنة عدد كافٍ من الكيوبتات القوية والموثوقة لإنشاء أنظمة تظهر بوضوح “التفوق الكمي” على الحوسبة الكلاسيكية. تنفق الحكومات والمؤسسات البحثية والشركات الخاصة في جميع أنحاء العالم مليارات الدولارات سنوياً في السعي لتحقيق هذا التفوق الكمي.
يأتي جزء كبير من هذه الأنظمة معتمداً على الكيوبتات الفائقة التوصيل التي يعود الفضل في وجودها جزئياً إلى الأبحاث الرائدة لكلارك وديفوريت ومارتينيز.
الخاتمة
إن جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 تمثل تكريماً لجهود العلماء في مجال ميكانيكا الكم، وتؤكد على الأهمية البالغة لهذه النظرية في تغيير وجه العالم الحديث. بفضل الابتكارات التي قدمها كلارك وديفوريت ومارتينيز، أصبحت تأثيرات ميكانيكا الكم جزءاً لا يتجزأ من التكنولوجيا المستخدمة في حياتنا اليومية، وفتحت آفاقاً جديدة في مجال الحوسبة الكمومية التي تعد بتغيير جذري في معالجة البيانات وحل المشكلات المعقدة.