قياسات الكم قد تكون ساعدت بالصدفة

عندما يتعلق الأمر بالتحكم في الأنظمة الكمومية ، فإن الحجم يهم بالتأكيد. النظم الأكبر - التي تتألف من المزيد من الجزيئات - سرعان ما أصبحت غير قابلة للإدارة. قد تساعد الطريقة الجديدة الفيزيائيين على معالجة أنظمة الكم الأكبر والأكثر حساسية.

يكشف القياس المتكرر للتحولات المنتقاة عشوائياً للجزيئات الفردية عن معلومات حول درجة تشابك النظام. (IQOQI Innsbruck / M.R.Knabl)

لقد كان العلماء قادرين على التحكم في أنظمة الكم الصغيرة - التحقيق في خصائص الكم الخاصة بهم - لسنوات عديدة. تُعتبر عمليات المحاكاة هذه تطبيقات مبكرة واعدة لتكنولوجيات الكم ، وهي تطورات يمكن أن تحل المشكلات التي تفشل فيها المحاكاة على أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

ومع ذلك ، ثبت أن التعامل مع الأنظمة الكمومية الكبيرة أكثر صعوبة - كما أن الأنظمة الكمومية المستخدمة كمحاكاة للكم يجب أن تستمر في النمو - وكذلك الصعوبة في معالجتها.

جزء من هذه الصعوبة هو حقيقة أن التشابك يصبح أكثر صعوبة للحماية من الانهيار مع تزايد أعداد الجسيمات. وهذا يؤدي إلى إجراء دقيق للغاية.

يشرح كريستيان روس من معهد البصريات الكمومية والمعلومات الكمومية في أكاديمية العلوم النمساوية: "من أجل تشغيل جهاز محاكاة الكم يتكون من عشرة أو أكثر من الجزيئات في المختبر ، يجب علينا وصف حالات النظام بأكبر قدر ممكن من الدقة. ".

حتى الآن ، تم استخدام التصوير المقطعي للحالة الكمومية لتوصيف الحالات الكمومية ، والتي يمكن من خلالها وصف النظام بالكامل. المشكلة هي أن هذه الطريقة تنطوي على قدر كبير من الجهد في القياس والحوسبة ولا يمكن استخدامها حاليًا في الأنظمة التي تحتوي على أكثر من نصف دزينة من الجزيئات.

قدم كريستيان رو ، مع زملائه من ألمانيا وبريطانيا العظمى ، طريقة فعالة للغاية لتوصيف الحالات الكمومية المعقدة قبل عامين فقط. ولكن ، يمكن وصف الحالات المتشابكة بشكل ضعيف فقط بهذه الطريقة.

في العام الماضي قدم بيتر زولر طريقة يمكن أن تتعامل مع هذا التعقيد ، وبالتالي يمكن استخدامها لتوصيف أي حالة متشابكة. العمل مع الفيزيائيين التجريبيين راينر بلات وكريستيان روز وفريقهم ، وقد أثبتوا هذه الطريقة الآن في المختبر.

المحاكاة الكمومية على الأنظمة الأكبر

أظهر الفيزيائيون العملية في محاكاة كمومية تتكون من عدة أيونات مرتبة في صف واحد في غرفة مفرغة. بدءًا من حالة بسيطة ، سمح الباحثون للجزيئات الفردية بالتفاعل مع القليل من المساعدة من نبضات الليزر. هذه هي الطريقة التي ولدت التشابك في النظام.

يوضح أندرياس إلبن ، أحد أعضاء فريق Zoller ، قائلاً: "تعتمد الطريقة الجديدة على القياس المتكرر للتحولات المنتقاة عشوائيًا للجزيئات الفردية. ثم يوفر التقييم الإحصائي لنتائج القياس معلومات حول درجة تشابك النظام ".

يواصل Tiff Brydges ، طالب دكتوراه من معهد البصريات الكمومية والمعلومات الكمية: "نقوم بإجراء 500 تحويل محلي على كل أيون ونكرر القياسات ما مجموعه 150 مرة حتى نتمكن من استخدام الأساليب الإحصائية لتحديد المعلومات حول حالة التشابك من نتائج القياس. "

في المقالة التي نُشرت الآن في مجلة Science ، يصف علماء الفيزياء في إنسبروك التطور الديناميكي لنظام يتكون من عشرة أيونات وكذلك نظام فرعي يتكون من عشرة أيونات من سلسلة 20 أيون.

يقول Roos ، الذي يأمل أن يتم تطبيق الطريقة الجديدة بنجاح على الأنظمة الكمومية التي تحتوي على عشرات الجسيمات ،: "في المختبر ، تساعدنا هذه الطريقة الجديدة كثيرًا لأنها تمكننا من فهم محاكي الكم لدينا بشكل أفضل ، ولأن على سبيل المثال ، لتقييم نقاء التشابك بشكل أكثر دقة. "

بالنسبة إلى Zoller ، كان الجانب الأكثر أهمية في الدراسة هو التعاون: "يوضح هذا المنشور مرة أخرى التعاون المثمر بين علماء الفيزياء النظرية والفيزيائيين التجريبيين هنا في Innsbruck.

"في جامعة إنسبروك ومعهد البصريات الكمّية والمعلومات الكمومية في أكاديمية العلوم النمساوية ، يجد الباحثون الشباب من كلا المجالين ظروفًا جيدة جدًا لأعمال البحث التنافسية في جميع أنحاء العالم."

يأمل Roos أيضًا في المزيد من التطبيقات للطريقة الجديدة: "التطبيق الثاني الذي نراه هو في تجارب المحاكاة الكمومية حيث قد تساعد هذه التقنية في فهم كيفية انتشار التشابك في الأنظمة الكمومية عندما تتفاعل مكونات النظام مع بعضها البعض ميكانيكياً."

البحث الأصلي: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau4963