آزمایش نشان می‌دهد زمانی که حالت‌های «گربه» کوانتومی به عقب باز می‌گردند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

سیستم‌های کوانتومی می‌توانند برهم‌نهی‌ها را اشغال کنند، حالت‌های کوانتومی که احتمالات مختلف را ترکیب می‌کنند. به عنوان مثال، یک میدان مایکروویو را می توان در برهم نهی یک حالت خالی و حالتی که حاوی نور مایکروویو است، آماده کرد.

این دو مؤلفه می‌توانند دخالت یکدیگر را در احتمال نتایج اندازه‌گیری، تقویت یا لغو کنند. این تداخل یک برهم نهی را از موقعیتی که در آن میدان مایکروویو به سادگی خالی یا حاوی نور است متمایز می کند.

فعل و انفعالات یک سیستم کوانتومی با محیط اطراف می تواند باعث محو شدن تداخل شود، فرآیندی که به نام decoherence شناخته می شود.

محققان دانشگاه فوژو در چین اخیرا بررسی کردند که آیا تداخل می تواند پس از محو شدن بازگردد و آیا این بستگی به اندازه محیط دارد یا خیر. یافته‌های آن‌ها که در Physical Review Letters منتشر شد، نشان داد که گسترش یک محیط مصنوعی از یک کیوبیت (یعنی یک واحد اطلاعات کوانتومی) به هشت کیوبیت به تدریج بازگشت تداخل را سرکوب می‌کند.

محققان یک میدان مایکروویو را در حالت "گربه" آماده کردند. این یک برهم نهی از حالات قابل تشخیص است که به نام گربه شرودینگر نامگذاری شده است، یک آزمایش فکری معروف که در آن سرنوشت یک گربه به یک رویداد کوانتومی بستگی دارد و آن را در برهم نهی زنده و مرده قرار می دهد.

میدان مایکروویو در برهم نهی یک حالت خالی و یک حالت حاوی نور بود. این در داخل یک تشدیدگر ابررسانا، یک جزء مدار که می تواند یک میدان الکترومغناطیسی نوسانی را نگه دارد، ذخیره شده بود.

اطلاعات مربوط به حالات آن می تواند در ارتباط بین میدان و محیط آن از طریق درهم تنیدگی، یک رابطه کوانتومی بین سیستم ها، رمزگذاری شود. قابل ذکر است که برای تأثیرگذاری بر تداخل و ایجاد ناهماهنگی، نیازی به خواندن این اطلاعات توسط شخص نیست.

محققان نقشه‌های ویگنر را بازسازی کردند، نمایش‌هایی از حالت کوانتومی میدان، با یک کیوبیت (که در یک عنصر مدار قابل کنترل تجسم یافته است) که به عنوان محیط عمل می‌کند. حواشی متناوب مثبت و منفی در این نقشه ها تداخل بین حالت های خالی و حاوی نور را نشان داد.

همانطور که اطلاعات متمایز در کیوبیت کدگذاری شد، این حاشیه ها محو شدند. حدود 38 نانوثانیه (یعنی 38 میلیاردم ثانیه) پس از شروع تعامل، کیوبیت تقریبا یک نوسان را کامل کرد و تداخل برگشت.

همانطور که محققان در مقاله خود توضیح دادند، در این مرحله، "انسجام کوانتومی تقریبا احیا شده است."

در این سناریو، تعاملات مداوم می تواند رکورد متمایز محیط را بدون نیاز به انجام عملیات پاک کردن جداگانه پاک کند.

محققان به تدریج تعداد کیوبیت های محیطی را از یک به هشت افزایش دادند. با اندازه‌گیری کیوبیت‌های مجزا، آن‌ها می‌توانستند تخمین بزنند که محیط ترکیبی تا چه حد دو جزء برهم‌نهی میدان مایکروویو را متمایز می‌کند.

معیار تشخیصی که آنها استفاده کردند از صفر، نشان دهنده عدم وجود اطلاعات متمایز، تا یک بود، که نشان دهنده تمایز روشن بین دو حالت است. همانطور که آنها کیوبیت های بیشتری را شامل می شوند، نوسانات در این اندازه ضعیف می شوند.

محققان دریافتند که با هشت کیوبیت، اندازه‌گیری قابلیت تشخیص پس از تقریبا 15 نانوثانیه به یک نزدیک می‌شود و در طول اندازه‌گیری‌هایی که به 80 نانوثانیه می‌رسد، نزدیک به این مقدار باقی می‌ماند. نقشه‌های ویگنر جداگانه نشان داد که تداخل بدون احیای بین 0 تا 30 نانوثانیه محو شد.

یافته‌های این مطالعه، سرکوب بازگشت تداخل را در طول دوره مشاهده آزمایش نشان می‌دهد، نه اینکه ثابت کند هرگز نمی‌تواند بازگردد.

به طور خاص، تیم دریافت که کیوبیت‌های محیطی مختلف با سرعت‌های متفاوتی انرژی را با میدان مایکروویو مبادله می‌کنند. برای حذف رکورد ترکیبی از اطلاعات، کیوبیت‌ها باید مجموعا به حالت‌هایی برمی‌گردند که دیگر نمی‌توانستند بین دو جزء برهم‌نهی میدان تمایز قائل شوند. افزودن کیوبیت های بیشتر احتمال این بازگشت هماهنگ را کمتر کرد.

آزمایشی که توسط نویسندگان انجام شد، یک محیط کنترل‌شده برای بررسی عدم پیوستگی ظاهرا برگشت‌ناپذیر فراهم می‌کند، که ممکن است به تلاش‌های آینده با هدف توسعه رایانه‌های کوانتومی و ابزارهای اندازه‌گیری دقیق کمک کند. حالت‌های گربه در هر دو زمینه مفید هستند، اما آسیب‌پذیری آن‌ها در برابر عدم انسجام یک چالش شناخته شده است. در حالی که محققان روشی برای غلبه بر آن نشان ندادند، پلتفرم آزمایشی آنها می تواند به بررسی بیشتر آن کمک کند.

توسط نویسنده ما اینگرید فادلی، ویرایش شده توسط لیزا لاک، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما نوشته شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

Ri-Hua Zheng و همکاران، مشاهده گذار از انطباق برگشت‌پذیر به غیرقابل برگشت برهم‌نهی‌های کوانتومی مزوسکوپی، Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/t2yx-9bqh. در arXiv: arxiv.org/abs/2510.15730v2

اطلاعات مجله: Physical Review Letters , arXiv

روزنامه نگار آزاد با لیسانس روانشناسی و کارشناسی ارشد روزنامه نگاری بین المللی. از سال 2018 هوش مصنوعی، رباتیک، علوم اعصاب و اخترفیزیک را پوشش می دهد. نمایه کامل →

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →