«قطة شرودنغر» الكمية تبقى على قيد الحياة لمدة 23 دقيقة مذهلة

بقلم كارميلا بادافيك – كالاهان

إن التراكبات الكمية Quantum superposition عادة ما تكون هشة وعابرة، ولكن إحدى هذه الحالات تم الحفاظ عليها الآن لمدة قياسية بلغت 23 دقيقة. إن الحفاظ على استقرار الحالات الكمية Quantum states، فترةً طويلة كهذه، قد يساعد على صنع أجهزة كمية أكثر قوة، أو يؤدي إلى اكتشاف تأثيرات جديدة غريبة في الفيزياء الكمية.

تُعرف هذه الظاهرة طويلة الأمد بـ «حالة القطة» Cat state، والتي سميت على اسم تجربة إرفين شرودنغر Erwin Schrödinger الفكرية Thought experiment الشهيرة؛ حيث تُوضَع قطةٌٌ في صندوق، في ظل ظروف غريبة؛ لدرجة أنه يصبح من المستحيل معرفة ما إذا كانت حية أم ميتة. حالات القطة هي تراكبات Superpositions؛ حيث يمكن أن يكون الكائن الكمي في عدة حالات متبادلة الحصر، ولكن من المستحيل معرفة أي حالة يشغلها بالفعل؛ فهو يشغلها جميعًا في الوقت نفسه.

تمَكَّن الباحثون من إنشاء حالات قطة باستخدام جسيمات الضوء – وحتى البلورات الصغيرة – في المختبرات لسنوات، ولكن هذه الحالات كانت تفقد دائمًا طابعَها الخاص بسرعة، وتنهار إلى حالة واحدة محدَّدة جيدًا. الآن، استخدم تشنغ تيان لو Zheng-Tian Lu، من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين،University of Science and Technology of China وزملاؤه ذرات مُحاصَرة بالضوء للحفاظ على حالة القطة فترةً طويلة استثنائيًّا.

لقد استخدموا نحو 10 آلاف ذرة من الإيتربيوم Ytterbium، والتي بَرَّدُوها إلى بضعة آلاف من الدرجة فوق الصفر المطلق Absolute zero، واحتجزوها في مكانها بالقوى الكهرومغناطيسية لضوء الليزر. في ظل هذه الظروف، يمكن التحكم في الحالات الكمية للذرات بدقة شديدة. استفاد الباحثون من ذلك لوضع كل ذرة في تراكب من حالتين لهما دَوَرَان Spins مختلف جدًّا.

عادةً، تؤدي الاضطرابات الناجمة عن بيئة الذرات إلى انهيارها في حال دوران واحدة في غضون ثوانٍ، أو ميللي ثانية، لكن الباحثين ضبطوا ليزرهم بشكل صحيح لجعل حالات القطة تدوم مدةً غير مسبوقة تبلغ 1,400 ثانية.

يقول باري ساندرز Barry Sanders، من جامعة كالغاريUniversity of Calgary في كندا: «إنه إنجاز كبير، لأنهم يصنعون حالة القطة الجميلة هذه في نظام ذري، وهي حالة مستقرة».

هذه الحالة حساسة جدًّا لكل ما يحدث في بيئتها؛ لذلك يمكن استخدامها لاكتشاف القوى المغناطيسية الدقيقة ودراستها، أو لاستكشاف تأثيرات جديدة وغريبة في الفيزياء الأساسية Fundamental physics، كما يقول: «يتم تحريك المسبار ودفعه، ومن خلال رؤية ما يحدث، تتعلم عن الأشياء التي تتفاعل معه».

أظهر الباحثون أن حساسية Sensitivity حالة القطة لقياس المجالات المغناطيسية قريبة جدًّا بالفعل من حدود الحساسية الأساسية المنصوص عليها في قوانين ميكانيكا الكم Quantum mechanics. ولأنها تدوم فترةً طويلة، فإن حالة القطة لن تكون مسبارًا حسّاسًا فقط، بل إنها أيضًا ستكون مسبارًا يمكنه الاستمرار في جمع البيانات بعد لقطة واحدة، وربما التقاط التأثيرات التي تحدث بسرعة كبيرة وببطء أكبر، كما يقول ساندرز.

قد تصبح حالات القطة مفيدة لمعالجة المعلومات الكمية؛ حيث يمكن استخدامها كذاكرة مستقرة جدًّا لتخزين معلومات إضافية. يمكن استخدام هذا في جهاز مثل الحاسوب الكمي؛ لتصحيح المسار عندما يُرتَكَب خطأ.

© 2025, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC.