5060 - 342 - 949
dr.nayeri.mehbang [at] gmail.com

مِهبانگ ، بانگِ دانش و خرَد

برای حمایت از ما ، یکی از ما باشید
17 جولای 2016

«گربه‌ی شرودینگر» هم مرده، هم زنده

/
نوشته شده توسط
/
دیدگاه0

اکنون در یک آن و در دو جعبه، «گربه‌ی شرودینگر» هم مرده است و هم زنده

ریزموج‌هایی (مایکرو-وِیو) که این گربه را تقلید می‌کنند، کاربردهایی برای محاسبات کوانتومی نشان می‌دهند
‌نوشته‌ی: امیلی کانووِر

تصویر: گربه‌ی افسانه ای شرودینگر در یک لحظه هم زنده است و هم مرده. دانشمندان ریزموج‌ها (مایکروویو) را به وضعیت‌های عجیب کوانتومی مشابه واداشته‌اند، و اکنون دارند این آزمون را یک گام پیش‌تر می‌برند، یعنی یک وضعیت گربه-مانند را میان دو جعبه تقسیم می‌کنند.

ظاهرن گربه‌ی شرودینگر نمی‌خواهد استراحت کند. این گربه‌ی نگون‌بخت خیالی، به‌دلیل زنده و مرده بودن همزمان (تا زمانی که درون جعبه پنهان بماند) شهره‌ی همگان است. اکنون دانشمندان یک گام پیش‌تر رفته‌اند تا یک گربه‌ی زنده-مرده را بین دو جعبه تقسیم کنند.

خیال دوستداران حیوانات آسوده باشد – هیچ گربه‌ی واقعی در کار نیست! در عوض، فیزیک‌دانان ریزموج‌ها (مایکروویو) را به کار گرفته‌اند تا رفتار کوانتومی عجیب و غریب آن گربه را تقلید کنند. این پیشرفت جدید، که در تاریخ ششم خردادماه در نشریه‌ی «علوم» گزارش شده است، دانشمندان را یک گام نزدیک‌تر به ساخت رایانه‌های کوانتومی از چنین سامانه‌ای (سیستمی) می‌سازد.

گربه‌ی شرودینگر، شرکت‌کننده‌ی بی‌نوا در یک آزمون فرضی است که فیزیک‌دانی به‌نام «اِروین شرودینگر» در سال ۱۹۳۵ تصور کرد. او گربه‌ای را تصور کرد که در یک جعبه‌ی دربسته قرار دارد. در آن جعبه سم کشنده ای هست که اگر نمونه‌ای از ماده‌ی پرتوزا (رادیو اکتیو) در آن واپاشی کند، آن سم پراکنده خواهد شد. پس از گذشتن هر اندازه زمان، محاسبه‌ی کوانتومی می‌تواند تنها میزان احتمال آن را نشان دهد که آن ماده واپاشی شده و سم آزاد شده است. بنابراین از دیدگاه کوانتومی، این گربه در حالت برهم‌نهی – هم مرده هم زنده – است. گربه در حال برزخ باقی می‌مانَد تا زمانی‌که جعبه باز شود، و آن‌گاه یا یک گربه میومیوکنان بیرون می‌آید یا با یک جسد بی‌جان روبه‌رو می‌شویم.

در نسخه‌ای واقعی از این آزمون، ریزموج‌های درون یک حفره‌ی آلومینیومی ابَررسانا، جایگزین گربه شدند. درون این حفره که طراحی ویژه‌ای دارد، میدان‌های الکتریکی ریزموج‌ها می‌توانند در یک زمان به دو سوی مخالف اشاره کنند – درست مانند گربه‌ی شرودینگر که هم‌زمان می‌تواند هم زنده باشد و هم مرده. به این وضعیت‌ها “وضعیت گربه‌ای” می‌گویند. اکنون فیزیک‌دانان چنین وضعیت‌های گربه‌ای را در دو حفره‌ی مرتبط با هم ایجاد کرده‌اند، و در نتیجه گربه را در یک آن، بین دو “جعبه” تقسیم کرده‌اند.

چـِن وانگ از دانشگاه یـِیل، یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید هرچند این فکر که یک گربه در دو جعبه باشد “کمی غریب” است، چندان دور از این وضعیت در دنیای واقعی نیست. وضعیت گربه‌ای “در دو جعبه مشترک است چراکه این یک وضعیت کوانتومی جهانی است”. به عبارت دیگر، گربه فقط در این جعبه یا آن یکی نیست، بلکه امتداد می‌یابد تا هر دو جعبه را اشغال کند.

از آن‌جا که وضعیت‌های دو جعبه با هم مرتبط اند – یا در اصطلاح کوانتومی، درهم تنیده اند – اگر دریابیم که گربه در یکی از دو جعبه زنده است، در جعبه‌ی دیگر هم زنده خواهد بود. چـِن این وضعیت را با گربه‌ای مقایسه می‌کند که دو نشانه‌ی حیات دارد: یک چشم باز در جعبه‌ی اول و تپش قلب در جعبه‌ی دوم. اندازه‌گیری‌ها از هر دو جعبه، همواره با وضعیت گربه همخوانی دارد. برای ریزموج‌ها این بدان معناست که همواره میدان الکتریکی در هر دو حفره هماهنگ باشد. این دانشمندان وضعیت‌های گربه‌ایِ ایجاد شده را اندازه گیری نموده‌اند و به درجه‌ی هم‌خوانی ۸۱ درصد رسیده‌اند – اندازه‌ای که میزان نزدیکی به وضعیت آرمانی گربه‌ای را نشان می‌دهد. پژوهشگران می‌گویند این درجه‌ی هم‌خوانی، قابل مقایسه با نتایج به‌دست آمده در سامانه‌های پیچیده‌ی مشابه است.

این نتیجه، ما را یک گام به‌سوی محاسبات (رایانه‌ای) کوانتومی با چنین دستگاه‌هایی نزدیک می‌کند. این دو حفره می‌توانند به‌عنوان دو بیت کوانتومی یا «کیوبیت» به‌کار بروند. یکی از موانع بر سر راه رسیدن به رایانه‌های کوانتومی این است که به‌دلیل اندرکنش با محیط بیرون، خطاهایی ناگزیر به درون محاسبات راه می‌یابند که ویژگی‌های کوانتومی «کیوبیت»ها را خراب می‌کنند. به گفته‌ی این پژوهشگران، وضعیت‌های گربه‌ای از انواع دیگر کیوبیت‌ها در برابر خطاها مقاوم‌تر اند، بنابراین چنین سامانه‌ای درنهایت می‌تواند به رایانه‌هایی کوانتومی ختم شود که در برابر خطا مقاوم‌تر اند.

گرهارد کرخمایر از موسسه‌ی اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی از آکادمی علوم اتریش در اینسبروک می‌گوید: “من فکر می‌کنم آن‌ها به پیشرفت‌های واقعن بزرگی دست یافته‌اند. آن‌ها به معماری بسیار زیبایی برای تحقق بخشیدن به محاسبات (رایانه‌ای) کوانتومی رسیده‌اند”.

سرگئی پولیاکوف از موسسه‌ی ملی استاندارد و فناوری در گِیذرزبورگ در ایالت مریلند می‌گوید که نمایش درهم‌تنیدگی در یک سامانه‌ی دو حفره‌ای بسیار مهم است. او می‌گوید: ” گام بعدی، این خواهد بود که نشان دهند این رویکرد در واقع مقیاس‌پذیر است” (با افزودن حفره‌های بیشتری به این آمیزه، برای ساخت یک رایانه‌ی کوانتومی بزرگ‌تر).

 

بن‌مایه

برگردان به‌فارسی از تیم مِهبانگ 

 

ارسال پاسخ

مجموعه‌ی کامل کلاس‌ها و سمینارها بزودی در بخش محصولات در دسترس قرار خواهد گرفت! رد کردن