النقل عن بعد هنا ، لكننا لم نتوقع

في عام 2005 ، أخبرنا علماء الفيزياء آشر بيريز في مجلة Physics Today أنه عندما سأله صحفي ما إذا كان يمكن أن يحمل النقل الفضائي الكمومي روح الشخص وكذلك جسده ، أجاب العالم: “لا ، ليس الجسد ، فقط الروح”. أكثر من نكتة بسيطة ، تعطي إجابة بيريز وصفًا مثاليًا ، مضمنًا في استعارة ، لطبيعة الظاهرة التي رأيناها.

بدأ النقل الفضائي في العلوم الحقيقية في التبلور في عام 1993 ، وذلك بفضل التحليل النظري الذي نشر في رسائل المراجعة المادية من قبل Peres وخمسة باحثين آخرين ، مما يضع إطارًا للتمرير الفوري الكمومي. على ما يبدو ، كانت فكرة المؤلف المشارك تشارلز بينيت مساواة الظاهرة المقترحة مع المفهوم المشترك للنقل الفضائي ، ولكن هناك فرقًا أساسيًا بين الخيال والواقع: في الأخير ، فإن السفر ليس مهمًا ، ولكن المواد ، التي تنقل الخصائص من المسألة الأصلية إلى المادة المقصودة.

يعتمد النقل الفضائي الكمومي على فرضية مفادها أن الفيزيائي ألبرت أينشتاين وزملاؤه بوريس بودولسكي وناثان روزن وصفهما مفارقة EPR في عام 1935. نتيجة لقوانين الفيزياء الكمومية ، يمكن الحصول على جسيمين وفصلهما في الفضاء لمواصلة مشاركة مقترحهما كصافرين لمكلفة.

لذلك ، فإن إجراء أحدهم (على A ، أو Alice ، وفقًا للتسمية المستخدمة) سيؤثر على الفور على الآخر (على B ، أو Bob). سيظهر هذا “السلوك العصبي على مسافة” ، بكلمات آينشتاين ، قادرًا على تجاوز الحد الأقصى لسرعة الضوء.

تم تطوير نظرية هذه الظاهرة ، التي تسمى تشابك الكم ، في وقت لاحق من قبل جون ستيوارت بيل في عام 1964 وبدعم من العديد من التجارب. اقترح Peres و Bennett وعمل المتعاونين بهم أن الجسيم الثالث قد يتفاعل مع Alice’s ويفقد حالة الكم – قيمة إحدى خصائص بوب الفيزيائية – لنقلها إلى Bob ، لاستعادة تلك الحالة.

من خلال نقل المادة ، سيتم تحويل جسيم BOB إلى مكررة من جسيم Alice التفاعلي ، لذلك لم يكن هناك تفاعل جسدي بينهما.

Qubits النقل الفضائي

حققت العديد من التجارب هذا النقل الفوري هذا منذ عام 1998 ، في البداية باستخدام الفوتونات الفردية ، ثم الذرات والأنظمة المعقدة. في البداية ، تم عرض هذه الظاهرة على مسافة قصيرة ، حيث زادت إلى مئات الأمتار والكيلومترات في الدراسات اللاحقة.

السجل الحالي هو النقل عن بعد للفوتونات التي يبلغ طولها 1400 كيلومتر من الأرض إلى القمر الصناعي في Micius في Earth Orbit ، وهو إنجاز ناجح من قبل الفريق بقيادة Jian-Wei Pan في جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية في Hefei (USTC) في عام 2017.

الذي ينتقل في هذه التجارب هو المعلومات المرمزة بتات. قليلاً هي وحدة معلومات ثنائية بسيطة تأخذ قيمة 0 أو 1. على سبيل المثال ، قد يحتوي تدور الجسيم (نوع من الدوران) على معلومات في تطبيقه على حالات الكم.

ولكن في إصدار الكمية من البت ، قد تكون قيمتها إما 0 أو 1 أو أي قيمة أخرى ، مثل 2 ، لأن ميكانيكا الكمية تسمح للحالات المتداخلة. لهذا السبب يُنظر إلى الحوسبة الكمومية على أنها تقنية أكثر قوة من الحوسبة التقليدية ، حيث إنها لديها قدرة أكبر على تخزين ومعالجة المعلومات.

ومع ذلك ، من الضروري التأكيد على أن النقل الفوري الكمومي لا يعمل على نقل البيانات على الفور أو بسرعات أعلى من الضوء. التفسير هو أن BOB يتطلب معرفة إضافية حول قياسات أليس التي لا تنتقل من خلال نظام الجسيمات المحمص وبالتالي يجب أن تنتقل عبر قناة أخرى ؛ يجب أن تنتقل قطعتين كلاسيكيتين لكل Qubit المنقوع عن بعد ، ولا يمكن تحقيق ذلك إلا من خلال الوسائل التقليدية التي يمكن أن تتجاوز على الأكثر سرعة الضوء.

شبكة كمية

ومع ذلك ، على الرغم من هذا القيد ، فإن إمكانيات النقل الفوري الكمومي تبدو مثيرة بشكل متزايد حيث يتم تحقيق معالم جديدة. هذا العام ، قام فريقان بحثان أولاً بتوثيق نقل Qutrits ، أو وحدات المعلومات ثلاثية الأبعاد (والتي يمكن أن تأخذ ثلاث قيم ، 0 ، 1 و 2).

“أظهرت كلتا الدراستين أن Qutrit Eleportation. الفرق الرئيسي هو الأداة التي استخدمناها” ، يوضح OpenMind Bi-Heng Liu ، الفيزيائي في UCTC والمؤلف المشارك لبحث غير منشور بعد.

لا يزال هناك بعض الجدل في اللعب بين الفريقين. كما هو موضح لـ OpenMind من قبل الفيزيائي Chao-Yang Lu ، وأيضًا من UCTC والمؤلف المشارك للبحث الآخر ، الذي نُشر في رسائل المراجعة المادية ، حول عمل زملائه ، “لم يتم تأكيد وجود الفضاء الكمي للغاية”.

المؤلف المشارك في نفس الدراسة ، يعتقد مانويل إرهارد من جامعة فيينا أيضًا أنه في تجربة ليو ، “القياسات والنتائج ليست كافية للمطالبة بنقل الفضاء الكمومي ثلاثي الأبعاد الحقيقي والعالمي”. يدافع ليو ، من جانبه ، عن نتائجه: “لقد قمنا بمحاكاة رقمية وأكدنا النقل الفضائي القلمي”.

يوسع النقاش أيضًا إمكانيات تمديد الجهاز إلى المزيد من الأبعاد. وفقا لليو ، “كلا المخططين قابلة للتطوير.” من جانبه ، يجادل إرهارد بأن نظامه الخاص يمكن أن يمتد بسهولة إلى أي بعد: “التطور التكنولوجي يتعلق بزيادة الأبعاد” ، كما يقول. من ناحية أخرى ، ليس متأكدًا مما إذا كان برنامج زملائه سيقول نفس الشيء.

ولكن ما الهدف من توسيع هذه الدراسات إلى المزيد من الأبعاد؟ “من الممكن أن يكون النقل الفوري الكمومي عالي الأبعاد في الشبكات الكمومية” ، ينص إرهارد على فتح. “لذلك ، نتصور شبكة الكم المحتملة القائمة على الأبجدية. تأتي مع ميزة قدرات المعلومات العليا ، وعلى سبيل المثال ، مقاومة ضوضاء أكبر.

الانتقال من Qubit إلى Qutrit ، ومن هناك إلى Ququart ، وما إلى ذلك ، يضع أساس شبكات الحوسبة الكمومية المستقبلية. يأمل لو في أن يحقق طريقته ما يسمى التفوق الكمومي ، وقوة الحوسبة الكلاسيكية لحل المشكلات التي لا يمكن تحقيقها: “نحن ندخل تجارب الحوسبة الكمومية متعددة الأبعاد متعددة الأبعاد تسمى عينة البوسون ، ونأمل في المستقبل القريب أن نتوقع مراقبة 30-50 فوتونات لتحقيق التوفيق الكمي.”