علماء فيزياء يتشابكون كميًا مع بقعة زجاجية في الهواء مع ضوء في درجة حرارة الغرفة
تم فتح نافذة جديدة على عالم الكم بواسطة حبة زجاجية مجهرية واحدة ترتفع في شعاع من الضوء.
وفي ما يمكن أن يكون أصغر ديسكو في العالم، قام الفيزيائيون بربط خصائص الحبوب مع خصائص الضوء بشكل وثيق بحيث لا يمكن وصف أحدهما دون تضمين الآخر.
هذا هو الكم تشابك – وتمثل هذه التجربة أول دليل على التشابك المستمر بين حركة الجسم المرفوع والضوء الذي ينتقل بعيدًا عنه، وكل ذلك دون تبريد الجهاز بالتبريد.
إنه علامة فارقة يقول الباحثون إنها يمكن أن تفتح آفاقًا جديدة للتواصل الكمي واختبارات فيزياء الكم.
قال الفيزيائي فرانشيسكو مارين من جامعة فلورنسا في إيطاليا لموقع ScienceAlert: «لقد كنت مفتونًا دائمًا بإمكانية مراقبة التأثيرات الكمومية في الأنظمة العيانية، وهو أمر يحدث بشكل ملحوظ في تجارب ميكانيكا البصريات الكمومية».
هو وزملاؤه قد أظهرت بالفعل أنهم يستطيعون استخدام الضوء لتبريد حركة الغلاف النانوي الزجاجي المرتفع، مما يضعه في المجال الغريب حيث تبدأ التأثيرات الكمومية في أن تصبح مهمة.
قال مارين: “كان هدفي التالي هو دفع التفاعل بين الضوء وحركة الغلاف النانوي إلى درجة توليد التشابك – والتي يمكن القول إنها الظاهرة الأكثر تحديدًا وغير البديهية في ميكانيكا الكم”.
التشابك هو أحد أغرب عواقب ميكانيكا الكم، حيث تصبح خصائص جسمين مترابطة بشكل عميق لدرجة أنه لم يعد من الممكن وصفهما بشكل كامل بشكل مستقل.
لقد أثبت الفيزيائيون ذلك مرات لا تحصى باستخدام الجسيمات الصغيرة التي تعيش في عالم الكم، مثل الفوتونات والذرات، على سبيل المثال.
وحتى على هذا النطاق، فإن الارتباطات الدقيقة بين التشابك الكمي يتم تعطيلها بسهولة بسبب التفاعلات مع البيئة المحيطة. وكلما أصبح الجسم أكبر وأكثر تعقيدًا، كلما أصبح من الصعب الحفاظ على سلوكه الكمي سليمًا.
أراد مارين وفريقه معرفة ما إذا كان من الممكن استخلاص التشابك من حبة زجاجية صغيرة. بالنسبة لأعيننا، قد تكون هذه البقعة غير قابلة للاكتشاف على الإطلاق – حيث يبلغ عرضها 100 نانومتر فقط، حول حجم الفيروس.
ومع ذلك، بالمقارنة مع عالم الكم، فإن هذا الجسيم النانوي سيكون عملاقًا، يحتوي على عشرات الملايين من الذرات.
إن السلوك الكمومي الذي كان الباحثون مهتمين به لن يشمل أيًا من تلك الذرات، ولكن في حركة مركز الكتلة للكرة بأكملها.
ومن أجل الحفاظ على العزلة التي من شأنها تمكين السلوك الكمي، لم تكن الكرة مرتبطة بأي شيء.
وقد تم رفعه بواسطة شعاع ليزر مركّز بإحكام يسمى الملقط البصري، والذي يستخدم القوة التي يمارسها الضوء. ضغط الإشعاع – إبقاء الجسيمات النانوية عالياً ومحصورة بين مرآتين متقابلتين تشكلان تجويفًا بصريًا، مع السماح لها بالتأرجح حول موضع توازنها.
https://www.youtube.com/<a class="qspu-internal-link" href="https://beiruttime-lb.com/2026/09/%d9%85%d8%b1%d8%a7%d8%ac%d8%b9%d8%a9-google-pixel-watch-5-%d9%86%d9%81%d8%b3-%d8%a7%d9%84%d8%b4%d9%8a%d8%a1-%d9%85%d8%b1%d8%a9-%d8%a3%d8%ae%d8%b1%d9%89%d8%8c-barkeep/">watch</a>?v=y-Tp5oswnNA إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>وقد تم ذلك داخل غرفة شبه مفرغة، مما أدى إلى عزل حركة الكرة عن الاضطرابات البيئية التي من شأنها أن تمحو السلوك الكمي الهش. المربع الأول، محدد.
لكن خلق التشابك سيكون أكثر تعقيدًا إلى حد ما.
ولتشجيع الغلاف النانوي على الدخول في النظام الكمي، احتاج الباحثون إلى ضوء من شأنه أن يبرد ويثبت حركته. ومع ذلك، فإن الضوء اللازم لتوليد التشابك يفعل العكس: فهو يسخن حركة الكرة ويزعزع استقرارها في نهاية المطاف.
احتاج الباحثون إلى فصل مهمة تبريد الكرة عن مهمة تشابكها مع الضوء.
وأوضح مارين: “كان الحل هو فصل الظاهرتين باستخدام ليزرين مختلفين – أحدهما مفكك باللون الأحمر والآخر مفكك باللون الأزرق بالنسبة لرنينات التجويف البصري المختلفة – والجمع بينهما لتشكيل ملقط واحد ثنائي اللون”.
قام الليزران المنفصلان بتقسيم المهام. قام الضوء المفكك باللون الأحمر بتبريد واستقرار التذبذبات الصغيرة للكرة، مما جعل حركتها قريبة من حالتها الأرضية الكمومية. يمكن للضوء المفصول باللون الأزرق أن يتشقق عند الحدث الرئيسي: تشابك تلك الحركة مع الضوء.
وبشكل أكثر تحديدًا، ربط التشابك موقع الكرة وزخمها أثناء تأرجحها داخل المصيدة بخصائص الضوء، التي تسمى التربيعات، والتي تشبه اتساعها وطورها.
وقال مارين: “التشابك يعني أن التقلبات الكمومية لهذين النظامين لا يمكن وصفها بشكل مستقل”.
“لم يعد هناك وصف كمي كامل لـ”الكرة” و”الضوء” بشكل منفصل. إن قياس التربيعات الضوئية يعدل بطريقة ما حالة الغلاف النانوي. والوصف المناسب هو حالة مشتركة بين الحركة الميكانيكية والمجال الكهرومغناطيسي.”
والأهم من ذلك، أن أيًا من هذا لم يتطلب تبريد الجهاز بأكمله إلى درجات حرارة مبردة، كما تفعل العديد من تجارب ميكانيكا البصر الكمومية.
لقد كانت حركة الكرة فقط هي ما يبرد الليزر، في حين أن التحليق والبيئة القريبة من الفراغ تحمي تلك الحركة المبردة من التأثيرات الخارجية.
وأوضح مارين: “لذلك فإن المختبر المحيط يكون في درجة حرارة الغرفة، ولكن درجة الحرية الميكانيكية المحددة التي ندرسها يتم إعدادها عند درجة حرارة فعالة أقل بكثير”.
“إن الجمع بين الارتفاع والفراغ العالي والتبريد البصري يسمح للارتباطات الكمومية بالتطور قبل أن يدمرها التسخين البيئي.”
لكن خلق التشابك ليس سوى نصف المعركة. أما النصف الآخر فيثبت أن الارتباطات هي في الحقيقة ذات طبيعة كمومية، وليست شيئًا صاغته الفيزياء الكلاسيكية.
وهنا تظهر التجربة ذكاءها، لأن هذا الدليل كان مكتوبًا في الضوء الذي ينتقل بعيدًا عن الكرة.
وبينما كانت الكرة تهتز داخل التجويف البصري، أصبحت المعلومات المتعلقة بحركتها مشفرة في الضوء.
ومن خلال قياس الضوء الخارج من التجويف، تمكن الباحثون من إعادة بناء الارتباطات بين موضع الكرة وزخمها وتربيعات الضوء.
توفر ميكانيكا الكم عتبة للتمييز بين الأنظمة المتشابكة والأنظمة القابلة للفصل. عندما أعاد الفريق بناء النمط الكامل للارتباطات، تجاوزت قياساتهم تلك العتبة، وظلت على الجانب المتشابك حتى عندما أخذ الباحثون في الاعتبار الشكوك التجريبية وقاموا بتغيير الافتراضات المستخدمة في تحليلهم.
وقال مارين: “هذا ما يمنحنا الثقة بأن الارتباطات التي نلاحظها هي في الواقع كمومية وتتوافق مع التشابك بين حركة الغلاف النانوي والضوء”.
ومع ذلك، لم تكن النتيجة التي أعلنت عن نفسها بوميض مفاجئ على الشاشة. كان يجب أن تستمر التجربة لساعات عندما وصلت الغرفة إلى ضغط منخفض بما فيه الكفاية، مع بقاء ثلاثة أنظمة ليزر مستقرة طوال الوقت.
وحتى بعد بدء جمع البيانات، تزايدت الأدلة ببطء.
وقال مارين: “بمجرد تحسين طريقة التحليل، نقوم بمعالجة مجموعات بيانات أكبر بشكل متزايد، وتدريجيا، يظهر وجود التشابك بأهمية إحصائية”.
“إنها لحظة ارتياح… لقد أدركنا أننا حققنا ذلك.”
لكن ما يجعل النتيجة مفيدة بشكل خاص هو ما حدث للضوء المتشابك بعد ذلك: لقد غادر.
وعلى عكس الخرزة الزجاجية نفسها، فإن الارتباطات الكمومية لم تقتصر على الضوء المحصور بين مرايا التجويف البصري. لقد أصروا على انتقال الضوء بعيدًا عن الغلاف النانوي، محولين إياه إلى شيء يمكنه، على الأقل من حيث المبدأ، أن يحمل تلك الارتباطات إلى مكان آخر.
وأوضح مارين: “من الصعب استخدام الحقل الموجود فقط داخل التجويف كمورد كمي في مكان آخر. ومع ذلك، بمجرد أن يغادر الضوء التجويف، يصبح نظامًا كميًا متنقلًا. ويمكن من حيث المبدأ أن ينتقل عبر شبكة بصرية، أو يقاس في موقع آخر، أو يتفاعل مع جهاز كمي آخر”.
“إن مجال الانتشار هو في الأساس القناة التي يمكنها ربط النظام الميكانيكي بالعالم الخارجي.”
ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير مما يتعين القيام به قبل أن يصبح ذلك ممكنًا.
يحتاج الباحثون إلى تعزيز التشابك وتعلم كيفية التحكم فيه ديناميكيًا، بدلاً من مجرد مراقبة الحالة الثابتة، وهي خطوات قد تسمح في النهاية بكتابة المعلومات الكمومية وتخزينها واسترجاعها من المذبذب الميكانيكي.
لكن الواجهة الأساسية التي سيتم البناء منها أصبحت الآن جاهزة للعمل.
قال مارين: “التحدي التالي هو تحويل تلك الواجهة من شيء نلاحظه إلى شيء يمكننا استخدامه بشكل فعال، وفي النهاية ربط العديد من هذه الواجهات – عدة كرات نانوية في ملاقط بصرية مختلفة – في نظام كمي أكبر”.
وقد تم نشر البحث في علوم.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وتم تحريره بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.
