هل يمكن أن نحصل على اختفاء الكم حتى بدون تشابك؟

حصلت الجسيمات التي لا يبدو أنها متشابكة على درجة عالية في اختبار تشابك مشهور. يمكن أن تقدم التجربة نظرة جديدة على ما يجعل العالم الكمومي غريبًا جدًا.

منذ ما يقرب من 60 عامًا ، ابتكر الفيزيائي جون ستيوارت بيل اختبارًا ما إذا كان من الأفضل وصف عالمنا من خلال ميكانيكا الكم أو بمجموعة من النظريات التقليدية. الفرق الرئيسي هو أن النظرية الكمومية تتضمن “غير محلي” ، أو التأثيرات التي يمكن أن تمتد أي مسافة-حتى كبيرة جدًا. بشكل لافت للنظر ، أكدت جميع التجارب التي نفذت اختبار بيل حتى الآن أن واقعنا المادي غير محلي ، مما يشير إلى أننا نعيش في عالم كمي.

ومع ذلك ، شملت تلك التجارب جزيئات مرتبطة ارتباطًا وثيقًا من خلال التشابك الكمومي. الآن يقول Xiao-Song MA في جامعة نانجينغ في الصين وزملاؤه إنهم قاموا بتجميع اختبار الجرس دون استخدام التشابك. يقول: “قد يوفر عملنا الجديد منظوراً جديداً لفهم الناس للعلاقات غير المحلية”.

بدأت التجربة بأربع بلورات خاصة ، كل منها تنبعث من جسيمين من الضوء ، أو الفوتونات ، عندما تكون مضاءة بالليزر. كان للفوتونات العديد من الخصائص التي يمكن للباحثين قياسها ، بما في ذلك الاستقطاب والمرحلة ، والتي تصف الطريقة التي يتلوى بها الضوء عندما ينظر إليها على أنها موجة كهرومغناطيسية. جعل الباحثون هذه الفوتونات يسافر عبر متاهة من الأجهزة البصرية ، مثل البلورات والعدسات ، قبل أن تصل إلى كاشف.

في تجربة اختبار الجرس النموذجية ، يقيس اثنان من المجربين الافتراضيين ، أليس وبوب ، خصائص الجسيمات المتشابكة. ثم يمكن لـ Alice and Bob تحديد ما إذا كانت الجسيمات مرتبطة بطريقة غير محلية عن طريق توصيل نتائجهما في معادلة “عدم المساواة”.

شملت التجربة الجديدة أليس وبوب ، كل منها ممثل مجموعة من الأجهزة البصرية وكاشفات ، ولكن ليس الفوتونات المتشابكة. في الواقع ، أضاف الباحثون أجهزة إلى إعدادهم التي منعت ترددات الجزيئات وسرعاتها من الانتشار. ومع ذلك ، عندما وضع الباحثون قياسات أليس وبوب في معادلة عدم المساواة ، وجدوا أن الفوتونات كانت مرتبطة بقوة أكبر مما يمكن تفسيره بأي تأثير محلي.

يقول ماريو كرين من معهد ماكس بلانك لعلوم النور في ألمانيا إن هذا قد يكون لأن الفوتونات لديها خاصية كمية غريبة أخرى: لقد تم إنشاؤها بطريقة من المستحيل معرفة أي فوتون ولد “بلور” ، وكان مساراتهم لا يمكن تمييزه ، كما يقول. في الماضي ، استخدم Krenn و MA وزملاؤهم هذه الخاصية – التي تسمى “عدم التمييز عن طريق هوية المسار” – لتلقيح الفوتونات. في هذه الحالة ، ومع ذلك ، فقد حرصوا على التأكد من عدم إمكانية التمييز كان النوع الوحيد من الغرابة الكمومية الموجودة.

ليس لدى الفريق نظرية نهائية بعد لسبب تمييز نتائج التشابك في اختبار الجرس دون استخدام التشابك ، لكن MA يقول إن العديد من الظواهر الكمومية الأخرى بشكل أساسي لديها قابلية التمييز كشرط. لذلك ، يمكن أن يكون أيضًا مكونًا أساسيًا مطلوبًا لإنشاء ارتباطات غير محلية ، حتى في وصفة لا تتضمن تشابكًا.

يتوقع Krenn و MA أن يقوم الفيزيائيون الآخرون بتقديم نظريات بديلة جديدة وتحديد الثغرات التجريبية في اختبار الجرس. بعد كل شيء ، هذا ما حدث مع اختبار الجرس الكنسي – ما يقرب من 50 عامًا مرت بين التجارب الأولى التي تبرر نظرية الكم وتلك التي تم استبعاد جميع التفسيرات البديلة بحزم.

يقول ستيفانو بايزاني من جامعة كوبنهاغن في الدنمارك إن إحدى القضايا قد تكمن في تقنية “ما بعد الاختيار” التي استخدمها الفريق ، حيث يتم النظر في بعض اكتشافات الفوتون فقط. في رأيه ، هذا يجعل من غير الواضح ما إذا كان يمكن تسجيل فوتوناتهم غير المتناثرة بشكل نهائي باعتبارها غير محلية لاختبار بيل. وبدون الاختيار ، ستتطابق التجربة لتطابق السيناريوهات القياسية حيث يوجد تشابك.

يقول جيف لوندين من جامعة أوتاوا في كندا إنه من الممكن بناء تجارب حيث يقوم اختبار الجرس بتشخيص الضوء ، حتى بعض الضوء غير الكمي ، مع وجود ارتباطات قوية بشكل غير عادي. لكن هذا “ليس له آثار كبيرة على طبيعة الكون أو الواقع”.

في مثل هذه الحالات ، يكون أليس وبوب إما نفس المراقب ، أو لديهما فرصة للتواصل وإنتاج الارتباطات التي قد يخطئها الباحثون في الآثار غير المحلية. يقول لوندين إن التجربة الجديدة لا تستبعد بشكل كافٍ إمكانية التواطؤ في أليس وبوب. يقول: “لذلك ، لا يبدو أن التجربة لها نفس الآثار المترتبة على انتهاك عدم المساواة في الجرس الشهير”.

يقول Aephraim Steinberg من جامعة تورونتو في كندا: “إنها حقًا امتداد جميل لواحد من أكثر الأعمال المعلنة لافتة للنظر على الفوتونات المتشابكة من” أيام المجد “في التسعينيات”. في رأيه ، ومع ذلك ، لا يزال هناك بعض التشابك في التجربة الجديدة. هذا ليس موجودًا على مستوى الفوتونات ، بل في الحقول الكمومية التي تنشأ منها الفوتونات.

للمضي قدمًا ، يريد الفريق تحسين أجهزته لتجنب بعض هذه الانتقادات. على سبيل المثال ، فإن الحصول على كل بلورة لإنتاج المزيد من الفوتونات من شأنه أن يسمح للباحثين بالتوقف عن استخدام ما بعد الاختيار. يقول ما: “حددت مجموعة التعاون الخاصة بنا بالفعل العديد من الثغرات المحتملة الرئيسية ، وهذا شيء نتطلع إلى معالجته في المستقبل”.