تجربة الممحاة الكمومية

في ميكانيكا الكم ، تُعدّ تجربة الممحاة الكمومية تجربة تداخلية تُوضّح العديد من الجوانب الأساسية لميكانيكا الكم ، بما في ذلك التشابك الكمومي والتكامل . ^{[ 1 ] [ 2 ] : 328} تُعتبر تجربة الممحاة الكمومية شكلاً مُعدّلاً من تجربة الشق المزدوج الكلاسيكية لتوماس يونغ . تُثبت هذه التجربة أنه عند تحديد أي من الشقين مرّ من خلاله فوتون، لا يمكن للفوتون أن يتداخل مع نفسه. فعندما يتم تمييز سيل من الفوتونات بهذه الطريقة، لن تُرى أهداب التداخل المميزة لتجربة يونغ. كما تُهيّئ التجربة حالات يُمكن فيها "إزالة العلامة" عن فوتون تمّ "تمييزه" للكشف عن الشق الذي مرّ من خلاله. سيتداخل الفوتون الذي "أُزيلت عنه العلامة" مع نفسه مرة أخرى، مُعيدًا أهداب التداخل المميزة لتجربة يونغ. ^{[ 3 ]}

اقترح مارلان سكالي وكاي درول تجربة الممحاة الكمومية عام 1982 في ورقة بحثية بعنوان " الممحاة الكمومية: تجربة مقترحة لارتباط الفوتونات تتعلق بالملاحظة و"الاختيار المؤجل" في ميكانيكا الكم" ، كطريقة قابلة للتطبيق لاختبار تنبؤات ميكانيكا الكم التي لم تُختبر من قبل. وتشير الورقة إلى أن تركيز يوجين ويغنر على مشكلة القياس ، ومحادثاته مع ويليس لامب ، وتجارب جون أرشيبالد ويلر الفكرية ، كانت من بين مصادر الإلهام . كما توضح الورقة إمكانية إجراء التجربة في وضع الاختيار المؤجل ، كما تصوره ويلر في تجاربه الفكرية، وهو ما يُعرف الآن باسم " الممحاة الكمومية ذات الاختيار المؤجل" . ^{[ 4 ]}

يمكن استخدام تقنية المحو الكمي لزيادة دقة المجاهر المتقدمة . ^{[ 9 ]}

من المفاهيم الخاطئة الشائعة حول هذه التجربة الاعتقاد بإمكانية استخدامها لنقل المعلومات بشكل فوري بين كاشفين. ^{[ 10 ]} إلا أن مبدأ السببية البسيط يمنع فرض معلومات "مُعطاة" على النتائج المرصودة. من المهم فهم دور كاشف التزامن في هذا الإعداد التجريبي. يقوم المستقطب الخطي في المسار العلوي بتصفية نصف الفوتونات المتشابكة، ومن خلال كاشف التزامن، يقوم بتصفية الفوتونات المقابلة في المسار السفلي. لا يعمل كاشف التزامن إلا بمقارنة البيانات من كلا المستشعرين، مما يجعل استخدام هذا الإعداد للاتصال الفوري مستحيلاً.

بمعنى آخر، نسبة ضئيلة فقط من الضوء المار عبر بلورة BBO تنقسم إلى أزواج متشابكة. أما الغالبية العظمى من الفوتونات التي تمر عبر البلورة فلا تنقسم، ويجب استبعادها من مجموعة البيانات النهائية باعتبارها ضوضاء غير مرغوب فيها. ولأنه لا توجد طريقة للكواشف لقياس ما إذا كان الفوتون جزءًا من زوج متشابك أم لا، يُتخذ هذا القرار بالنظر إلى التوقيت، وتصفية أي فوتونات لم يتم التقاطها في نفس وقت التقاط نظيرها في الكاشف الآخر. وبالتالي، عندما يتكون زوج من الفوتونات المتشابكة، ولكن يُحجب أحدهما بواسطة مستقطب ويُفقد، يُستبعد الفوتون المتبقي من مجموعة البيانات كما لو كان أحد الفوتونات غير المتشابكة. عند النظر إلى الأمر من هذا المنظور، فليس من المستغرب أن تؤثر التغييرات في المسار العلوي على القياسات المأخوذة على المسار السفلي، حيث تتم مقارنة القياسين واستخدامهما لتصفية البيانات.

لاحظ أنه في الحالة النهائية لهذا الإعداد التجريبي، تُظهر القياسات على المسار السفلي دائمًا نمطًا مشوشًا في البيانات الأولية. ولا يمكن رؤية نمط التداخل إلا من خلال ترشيح البيانات باستخدام كاشف التزامن، والنظر فقط إلى الفوتونات التي كانت نصف زوج متشابك.

• تحليل أكثر تخصصًا لتجربة الممحاة الكمومية
• مقال من مجلة ساينتفك أمريكان : ممحاة كمومية يمكنك صنعها بنفسك - ملاحظة: لمشتركي ساينتفك أمريكان عبر الإنترنت فقط