جنرال لواء

القمر الصناعي الصيني يضبط سجل المسافة لإظهار الغرابة الكمية


عالم الكم هو مكان غريب بشكل لا يصدق حيث يبدو أن قوانين الفيزياء المقبولة لدينا تنهار. يبدو أن التشابك يشير إلى أنه يمكننا يومًا ما التواصل مع بعضنا البعض عبر مسافات شاسعة ، وربما على الفور. هذا مثال على السلوك الغريب جدًا للعالم الكمي ، والذي يُطلق عليه غالبًا الغرابة الكمية.

اختبر العلماء الصينيون هذه النظرية مؤخرًا على مسافة أكبر من أي وقت مضى. كانوا يحاولون اختبار ما أسماه آينشتاين "العمل المخيف على مسافة" بين المحطات التي تستقبل الضوء من القمر الصناعي. بدت النظرية التي كانوا يختبرونها سخيفة لأينشتاين لأنها كانت تعني أسرع من الاتصالات الخفيفة. كان هذا انتهاكًا مباشرًا للنسبية. بغض النظر عن هذا ، فإن نتائج الفريق تمزق السجل السابق لـ 100 كيلومتر بين المستقبلات. على الرغم من أن هذا مثير للاهتمام بشكل لا يصدق ، إلا أننا لم نقترب بعد من تطبيق عملي بعد. ومع ذلك ، من يدري في المستقبل ما يمكن أن يحدثه هذا من آثار على الحوسبة الكمومية والتواصل باستخدام الغرابة الكمية.

[مصدر الصورة: بيكساباي]

ما يجري بحق الجحيم؟

بصراحة ، لسنا متأكدين تمامًا مما يحدث بغرابة الكم. إن رياضيات ميكانيكا الكم ، بما في ذلك التشابك ، غريبة جدًا بالفعل. يبدو أن الجسيمات قادرة على تحمل الخصائص ذات الصلة عند التشابك. إذا قمت بفصل هذه الجسيمات على مسافة ، فإنها تظل متشابكة في حالات غير معروفة من الدوران حتى يتم ملاحظتها. عندما تفعل هذا ، فأنت تعرف ماذا يتفاعل الجسيم الآخر مع خصائص شريكه المتشابك بطريقة غريبة. بحق الجحيم؟ يبدو الأمر كما لو أن الجسيمات بطريقة ما "تتحدث" مع بعضها البعض وتنقل المعلومات على الفور.

بمعرفة هذا ، يمكنك استخدام هذا لإرسال المعلومات. كل ما عليك فعله هو تحديد حالة أحد الجسيمات وستعرف على الفور خصائص الآخر. لاحظ أينشتاين هذا منذ عدة عقود وكانت ملاحظته بالتأكيد "مخيفة" خاصة عندما ترى الجسيمات يمكنها التواصل عبر المسافات على الفور. من الواضح ، كما يمكنك أن تتخيل ، أنه لا يريد حقًا تصديق هذه الظاهرة لأنها تنتهك مبادئه في السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء.

لكن ، ربما لا ، ليس الأمر هكذا مقطوعًا وجافًا ...

ماذا فعل الصينيون؟

كانت هناك تجارب مختلفة منذ السبعينيات يبدو أنها تثبت أن غرابة الكم موجودة بالفعل. اعتمدت هذه التجارب على الألياف الضوئية أو المكونات الأخرى التي تضعف الإشارة. ومع ذلك ، استخدم الصينيون القمر الصناعي Micius الذي تم إطلاقه حديثًا لإرسال فوتونات عبر الفضاء دون عائق. تم نشر نتائجهم في مجلة Science في 15 يونيو 2017.

اتخذ الصينيون أسلوب تفكير "خارج الصندوق" للغاية في تجربتهم. إنه حقًا بارع جدًا. أقاموا مختبرين أرضيين على الأرض ، متباعدتين 1200 كم. يطلق القمر الصناعي الخاص بهم شعاعًا عبر فاصل خاص يشبك أولاً زوجين من الفوتونات. ثم تنتقل هذه الفوتونات عبر مسارات مختلفة إلى كل محطة ، حيث تتم مقارنتها لاحقًا. اختلفت أطوال السفر المجمعة للحزم بين 1600 و 2400 كم.

احتفل المجتمع العلمي بإنجازهم. جميل ، ولكن تم استعادة كمية ضئيلة فقط من الفوتونات بنجاح. حول واحد من كل ستة ملايين لاحظ ألكسندر لينغ ، الفيزيائي في جامعة سنغافورة الوطنية للعلوم.

الأقمار الصناعية مثيرة للاهتمام في حد ذاتها

تعتبر التجارب الكمية في مقياس الفضاء (QUESS) أو أقمار ميسيوس ثورية للغاية. قد يكون هؤلاء الأولاد السيئون أول أقمار صناعية للاتصالات الكمومية في العالم. وصل أول صاروخ إلى الفضاء في أغسطس 2016 على متن صاروخ Long March-2D. تم تسميتهم على اسم الفيلسوف والعالم الصيني القديم موزي.

نظرًا لقدرتها على إرسال فوتونات متشابكة كوسيلة للاتصال ، فهي تقنيًا أول أقمار صناعية مقاومة للاختراق في العالم. الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) تمكنت حتى من الحصول على 202 ميغا بايت من بيانات الاختبار من القمر الصناعي بعد وقت قصير من الإطلاق. تكلفة هذه الأقمار الصناعية حولها 100 مليون دولار لتطوير. كما قد تظن على الأرجح ، فهي تهدف إلى إظهار الاتصالات الكمومية العابرة للقارات بين الصين والنمسا. تم التخطيط لاثنين آخرين. إليك المزيد من المعلومات حول هذا المفهوم.

إذن ما هو الهدف من التجربة؟

السؤال الواضح هو ما هي الاستخدامات العملية التي يمكن أن يمتلكها هذا النوع من التجارب؟ حسنًا ، قد يكون أحد الخيارات هو استخدام الجسيمات المتشابكة للاتصالات فائقة السرعة. يمكن أن يكون مثل هذا الاتصال آمنًا للغاية للتشغيل إذا تمكن بعض "المتنزه الفضولي" من اعتراض الإرسال ، فستعرف على الفور. سيكون الاتصال النهائي في حالة "غير متشابكة" غير متوقعة.

هذه من الناحية الفنية خطوة هائلة إلى الأمام في فهمنا لهذا المجال. يورجن فولز ، عالم فيزياء في مركز فيينا لعلوم وتكنولوجيا الكم ، كتب في لوس أنجلوس تايمز. إن احتمالات تطوير تكنولوجيا الغرابة الكمومية محيرة. ستحتاج شبكة الاتصالات الكمومية إلى القدرة على توزيع الفوتونات على مسافات كبيرة بين المستقبلات. حتى الآن ، اقتصرت التجارب على خط البصر عبر المدن أو قمم الجبال. نتيجة لذلك ، تم تحديد مسافات الارتباط بـ 100 كم أو نحو ذلك بسبب تشتت الإشارة واضمحلالها.

أراد الفريق ونجح في معرفة ما إذا كان بإمكانهم زيادة مسافة إرسال الإشارة إلى ما وراء هذه المسافة الظاهرة. استخدموا الأقمار الصناعية Micius التي تم إطلاقها في عام 2016 والتي تم تجهيزها بحمولات بصرية كمومية خاصة لتحقيق ذلك. تظهر تجربتهم أنه يمكن زيادة المسافة على الأقل 12 مرة المسافة بين المستقبلات. يبدو أنه يأخذنا خطوة أقرب إلى الاتصالات الكمومية العالمية المستقبلية. محرج.

الكلمة الأخيرة

هذه التجربة ، جزئيًا ، هي دليل على مفهوم مسافات المستقبل الممتدة أكثر من المحاولة السابقة. يمكننا ، على ما يبدو ، تشابك الجسيمات وإطلاقها على مسافات كبيرة جدًا بنجاح. على الرغم من أنه تم التقاط كمية صغيرة جدًا من الفوتونات وتحليلها بنجاح ، إلا أنه يُظهر إمكانية القيام بذلك. كيف سنتمكن من توسيع نطاق هذا الأمر غير واضح حتى الآن ولكنه مشجع بالتأكيد. تظهر هذه النتائج أن التأثير حقيقي وعلى مسافة قياسية. ما يمكننا فعله بالمعلومات الواردة هو أيضًا موضع تساؤل. المشكلة هي تحليل الحزم بمجرد استلامها. سيكون هراءًا عشوائيًا تمامًا حتى تقارن النتائج مع مستقبل الجسيمات الآخر. هذا إلى حد ما يهزم موضوع الاتصالات فائقة السرعة ، رجل سيء.

لا تتوهم أنه سيظل وقتًا طويلاً قبل أن نتمكن عمليًا من استخدام تقنية الغرابة الكمية هذه. خاصة لتطبيقات شبكات الاتصالات. ومع ذلك ، من الجيد أن تحلم بإمكانيات المستقبل.

المصادر:ScienceMag ، Gizmodo ، LATimes

راجع أيضًا: قطة علماء الفيزياء "تولد" شرودنجر لاكتشاف حدود عالم الكم


شاهد الفيديو: أين تذهب الأقمار الصناعية بعد انتهاء مهامها (سبتمبر 2021).