التشابك الكمي هو أحد الظواهر الغريبة التي تُرى عندما تصبح الأشياء صغيرة، أو داخل عالم الكم. فعندما يرتبط جسيمان أو أكثر بطريقة معينة، بغض النظر عن المسافة بينهما في الفضاء، تظل حالاتهما مرتبطة. هذا يعني أنهم يشتركون في حالة كمية مشتركة وموحدة. لذا فإن ملاحظة أحد الجسيمات يمكن أن تزودنا تلقائيًا بمعلومات حول الجسيمات المتشابكة الأخرى، بغض النظر عن المسافة بينهما. وأي فعل لأحد هذه الجسيمات سيؤثر دائمًا على الجسيمات الأخرى في النظام المتشابك.

من الذي اكتشف التشابك الكمي؟

طور الفيزيائيون الأفكار الأساسية وراء التشابك أثناء عملهم على ميكانيكا عالم الكم في العقود الأولى من القرن العشرين. و وجدوا أنه لوصف الأنظمة دون الذرية بشكل صحيح، كان عليهم استخدام شيء يسمى الحالة الكمية.

و في عالم الكم ، لا يوجد شيء مؤكد على الإطلاق. على سبيل المثال ، لا تعرف أبدًا مكان وجود الإلكترون في الذرة بالضبط ، فقط نعلم أين يمكن أن يكون!

وتلخص الحالة الكمية احتمالية قياس خاصية معينة لجسيم ما، مثل موضعه أو زاوية نشاطه، فعلى سبيل المثال، تصف الحالة الكمية للإلكترون جميع الأماكن التي قد تجدها فيه،  جنبًا إلى جنب مع احتمالات العثور على الإلكترون في تلك الأماكن.

وميزة أخرى للحالات الكمية هي أنه يمكن ربطها بالحالات الكمية الأخرى، مما يعني أن قياسات حالة واحدة يمكن أن تؤثر على الأخرى. ففي ورقة بحثية صدرت عام 1935، قام ألبرت أينشتاين، وبوريس بودولسكي، وناثان روزن بفحص مدى قوة ارتباط الحالات الكمية مع بعضها البعض. ووجدوا أنه عندما يرتبط جسيمان ارتباطًا وثيقًا، فإنهما يفقدان حالتهما الكمية الفردية ويتشاركان بدلاً من ذلك حالة واحدة موحدة. و بطريقة أخرى للتفكير في الأمر، أن  معادلة رياضية واحدة يمكن أن تصف جميع الجسيمات في وقت واحد، بغض النظر عن خصائصها الفردية. ستُعرف هذه الحالة الموحدة بالتشابك الكمي.

كما وجدوا أنه في حالة تشابك جسيمين، تظهر حالتهما الكمية مترابطة بقوة وتصبح موحدة، لدرجة أن  قياسات أحد الجسيمات تؤثر تلقائيًا على  الجسيم الآخر، بغض النظر عن بُعد الجسيمات عن بعضها البعض.

و كان إروين شرودنجر، أول عالم فيزياء استخدم كلمة “التشابك”،  وهو أحد مؤسسي ميكانيكا الكم . ووصف التشابك بأنه الجانب الأكثر أهمية في ميكانيكا الكم، قائلاً إن وجوده هو خروج كامل عن خطوط الفكر الكلاسيكية.

كما اكتشف إينشتاين وبودولسكي وروزين، أن التشابك يبدو فوريًا،  فبمجرد أن تعرف حالة كمية واحدة، فأنت تعرف تلقائيًا الحالة الكمية لأي جسيمات أخرى متشابكة معه.  و من حيث المبدأ، يمكنك وضع جسيمين متشابكين على طرفي نقيض من المجرة وستظل لديك هذه المعرفة اللحظية، والتي يبدو أنها تخترق سرعة الضوء.

ماهي المفارقة  لقانون أيه بي آر(اختصار  لأسماء العلماء إينشتاين وبودولسكي وروان)؟

وفقاً لجمعية الفيزياء الأمريكية المفارقة  لقانون أيه بي آر  (اختصار  لأسماء العلماء اينشتاين وبودولسكي وروان) وهو تأثير أطلق عليه أينشتاين  لقب “الفعل الغامض عن بعد”.  حيث استخدم قانون المفارقة أيه بي آر،  كدليل على أن نظرية الكم غير مكتملة الأركان. لكن التجارب أكدت مرارًا وتكرارًا أن الجسيمات المتشابكة تؤثر على بعضها البعض بغض النظر عن المسافة، ولا تزال ميكانيكا الكم مثبتة حتى يومنا هذا.

ولا يوجد حل مقبول بشكل عام لقانون مفارقة أيه بي آر. ومع ذلك، وعلى الرغم من أن الأنظمة المتشابكة لا تحافظ على الموقع (بمعنى أن جزءًا واحدًا من نظام متشابك يمكنه التأثير فورًا على جسيم بعيد)، فإنها تلتزم بقانون السببية، مما يعني أن التأثيرات الحاصلة، لها أسباب دائمًا.

وهناك العديد من الطرق لتشابك الجسيمات. حيث تتمثل إحدى الطرق في تبريد الجسيمات ووضعها بالقرب من بعضها بشكل كافٍ بحيث تتداخل حالاتها الكمية (التي تمثل عدم اليقين في الموقع)، مما يتسبب في استحالة تمييز جسيم عن الآخر.

و طريقة أخرى لتشابك الجسيمات، تأتي بالاعتماد على بعض العمليات دون الذرية، مثل الاضمحلال النووي، والتي تنتج عنها تلقائيًا، جزيئات متشابكة. وفقًا لوكالة ناسا.  ومن الممكن أيضًا، إنشاء أزواج متشابكة من الفوتونات، أو جسيمات الضوء، إما عن طريق تقسيم فوتون واحد وتوليد زوج من الفوتونات في العملية، أو عن طريق مزج أزواج من الفوتونات في كابل ألياف ضوئية.

وربما يكون التشفير هو التطبيق الأكثر استخداماً للتشابك الكمي. ووفقاً لمجلة كالتش، في هذا السيناريو، يقوم المرسل والمتلقي ببناء رابط اتصال آمن يتضمن أزواجًا من الجسيمات المتشابكة. ويستخدم المرسل والمستقبل الجسيمات المتشابكة لإنشاء مفاتيح خاصة، معروفة لهما فقط ، حيث يمكن استخدامها لتشفير رسائلهما.  وفي حالة إذا اعترض شخص ما الإشارة، وحاول قراءة المفاتيح الخاصة، فإن التشابك ينقطع، لأن قياس جسيم متشابك يغير حالته. مما يعني أن المرسل والمستقبل سيعرفان أن اتصالاتهما قد تم اختراقها.

المصدر : https://www.livescience.com

ترجمة: د. فاتن ضاوي المحنّا

تويتر: @F_D_Almutiri