مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لرواد المعلومات الكمية

مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 مناصفة لكل من آلان أسبكت وجون إف. كلوزر وأنتون زيلينجر لإجراء تجارب على الفوتونات المتشابكة وعملهم في علم المعلومات الكمي Quantum information science الرائد.

قال زيلينجر خلال مؤتمر صحفي: “ما زلت مصدومًا نوعًا ما، لكنها صدمة إيجابية للغاية”.

تم تكريم الفائزين الثلاثة لمساهماتهم الأساسية في العمل على ميكانيكا الكم، والتي تضمنت تجارب باستخدام جسيمات ضوئية متشابكة  Entangled أو متصلة  ببعضها Connected تسمى الفوتونات. أظهرت هذه النتائج أن المعلومات يمكن أن تنتقل على الفور عبر مسافات لا نهائية، والمعروفة باسم النقل الفوري الكمي Quantum teleportation.

اختبرت كل تجربة من تجارب الفائزين نظريةً رياضية اقترحها الفيزيائي جون بيل في عام 1964، تسمى نظرية بيل Bell’s theorem. يحاول هذا قياس ما إذا كانت ميكانيكا الكم تشبه نموذج كرة البلياردو لميكانيكا نيوتن، حيث يجب أن يتبع شيء آخر على نطاق محلي، أو ما إذا كان يمكن أن يؤثر أحدهما على الآخر.

تضمن اقتراح بيل قياس خصائص جسيمين متشابكين في نظام معزول عن أي شيء آخر يمكن أن يؤثر على النتائج – مثل المراقب في التأثير علنًا على شريك متشابك من خلال القياس – لمعرفة ما إذا كانت تتجاوز قيمة معينة، مما يؤدي إلى عدم مساواة رياضياتية.

في عام 1972، كان جون إف. كلوزر وزميله ستيوارت جيه. فريدمان Stuart J. Freedman  أول من اختبر عدم مساواة بيل، من خلال قياس الفوتونات المتشابكة الناتجة من تصادم ذرات الكالسيوم.

يبدو أن بيانات كلاوزر وفريدمان تنتهك عدم مساواة بيل، وهو أول مثال في العالم الحقيقي على ذلك، وبمستوى عالٍ من الدقة الإحصائية، مما يعني أن ميكانيكا الكم يمكن أن يكون لها بالفعل تأثيرات غير محلية. ومع ذلك، كانت هناك بعض الثغرات في هذه التجربة، والتي كانت لها العديد من الاختلافات عن فكرة بيل الأصلية.

في عام 1980، تمكن آلان أسبكت من جامعة باريس ساكلاي University of Paris-Saclay بفرنسا وزملاؤه من قياس متباينة بيل مرة أخرى، بدرجة أكبر بكثير من الدقة وبدون أدنى شك، عن طريق قياس استقطاب Polarisation (أو اتجاه) أزواج من الفوتونات.

استخدم الفريق جهاز تبديل عشوائي لتحديد الفوتون الذي يجب قياسه قبل وصولها إلى الكواشف. استبعد هذا فرصة أن يكون للمراقب تأثير، بافتراض أن بعض النقاد اعتقدوا أنه قد يحدث في تجربة كلاوزر، ويرى العديد من الفيزيائيين أن قياسات آسبكت أرست فكرة أن ميكانيكا الكم تعمل محليًا.

في عام 1989، وسع أنطون زيلينجر من جامعة فيينا University of Viennaبالنمسا وزملاؤه عدم مساواة بيل إلى ما هو أبعد من جسيمين متشابكين إلى حالة من ثلاثة أو أكثر من الجسيمات المتشابكة تسمى حالة GHZ. يشكل هذا ركيزة أساسية للعديد من التقنيات الكمّيّة، بما في ذلك الحوسبة الكمية، والتي يمكن أن تستخدم حالات GHZ لصنع بتات كمية، أو كيوبتات.

قال عضو لجنة نوبل Thors Hans Hanssond خلال المؤتمر الصحفي: “أردنا العودة وتكريم الأشخاص الذين مهدوا الطريق لما كان سيصبح [علم المعلومات الكمية]”.

بقلم:    أليكس ويلكنس

ترجمة: Google Translate

تنقيح: مجلة العلوم

© 2022, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC