آلة الكم
الآلة الكمومية هي جهاز من صنع الإنسان تتبع حركته الجماعية قوانين ميكانيكا الكم . تعود فكرة أن الأجسام العيانية قد تتبع قوانين ميكانيكا الكم إلى ظهور ميكانيكا الكم في أوائل القرن العشرين. [1] [2] ومع ذلك، كما أبرزت تجربة قطة شرودنجر الفكرية ، فإن التأثيرات الكمومية ليست قابلة للملاحظة بسهولة في الأجسام واسعة النطاق. [ بحاجة لمصدر ] وبالتالي، لم تتم ملاحظة حالات الحركة الكمومية إلا في ظروف خاصة عند درجات حرارة منخفضة للغاية. قد تنشأ هشاشة التأثيرات الكمومية في الأجسام العيانية من فقدان التماسك الكمومي السريع . [3] ابتكر الباحثون أول آلة كمومية في عام 2009، وأطلق على الإنجاز اسم "اختراق العام" من قبل مجلة ساينس في عام 2010.
تاريخ
تم إنشاء أول آلة كمية في 4 أغسطس 2009، بواسطة آرون د. أوكونيل أثناء متابعته لنيل درجة الدكتوراه تحت إشراف أندرو إن. كليلاند وجون إم. مارتينيس في جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا . قام أوكونيل وزملاؤه بربط مرنان ميكانيكي ، يشبه منصة القفز الصغيرة، وبت كمي ، وهو جهاز يمكن أن يكون في تراكب لحالتين كميتين في نفس الوقت. لقد تمكنوا من جعل الرنان يهتز بكمية صغيرة وكمية كبيرة في وقت واحد - وهو تأثير مستحيل في الفيزياء الكلاسيكية . كان الرنان الميكانيكي كبيرًا بما يكفي لرؤيته بالعين المجردة - بطول يبلغ تقريبًا عرض شعرة الإنسان. [4] نُشر العمل الرائد لاحقًا في مجلة نيتشر في مارس 2010. [5] أعلنت مجلة ساينس أن إنشاء أول آلة كمية هو " اختراق العام " لعام 2010. [6]
التبريد إلى الحالة الأرضية
ولإثبات السلوك الميكانيكي الكمومي، احتاج الفريق أولاً إلى تبريد الرنان الميكانيكي حتى وصل إلى حالته الأساسية الكمومية ، وهي الحالة التي تتمتع بأقل طاقة ممكنة .
كانت هناك حاجة إلى درجة حرارة ، حيث هو ثابت بلانك ، هو تردد الرنان، و هو ثابت بولتزمان . [أ]
كانت فرق البحث السابقة قد واجهت صعوبة في هذه المرحلة، حيث كان من الضروري تبريد مرنان تردده 1 ميجا هرتز ، على سبيل المثال، إلى درجة حرارة منخفضة للغاية تبلغ 50 ميكرو كلفن . [7] قام فريق O'Connell ببناء نوع مختلف من الرنانات، وهو مرنان صوتي ضخم ، [5] بتردد رنين أعلى بكثير (6 جيجا هرتز) والذي سيصل بالتالي إلى حالته الأساسية عند درجة حرارة أعلى (نسبيًا) (~0.1 كلفن)؛ يمكن بعد ذلك الوصول إلى هذه الدرجة من الحرارة بسهولة باستخدام ثلاجة تخفيف . [5] في التجربة، تم تبريد الرنان إلى 25 ميكرو كلفن. [5]
التحكم في الحالة الكمومية
صُنع الرنان الصوتي ذو الكتلة الفيلمية من مادة كهرضغطية ، بحيث عندما يتذبذب فإن شكله المتغير يخلق إشارة كهربائية متغيرة، وعلى العكس من ذلك يمكن للإشارة الكهربائية أن تؤثر على تذبذباته. مكنت هذه الخاصية الرنان من الاقتران ببت طور فائق التوصيل ، وهو جهاز يستخدم في الحوسبة الكمومية ويمكن التحكم في حالته الكمومية بدقة.
في ميكانيكا الكم، تتكون الاهتزازات من اهتزازات أولية تسمى الفونونات . يمكن اعتبار تبريد الرنان إلى حالته الأساسية معادلاً لإزالة جميع الفونونات. تمكن الفريق بعد ذلك من نقل الفونونات الفردية من البت الكمومي إلى الرنان. تمكن الفريق أيضًا من نقل حالة التراكب ، حيث كان البت الكمومي في حالة تراكب من حالتين في نفس الوقت، إلى الرنان الميكانيكي. [8] وهذا يعني أن الرنان "اهتز حرفيًا قليلاً وكثيرًا في نفس الوقت"، وفقًا للجمعية الأمريكية لتقدم العلوم . [9] استمرت الاهتزازات لبضعة نانوثانية فقط قبل أن تتحلل بواسطة تأثيرات خارجية مدمرة. [10] في ورقة نيتشر ، خلص الفريق إلى أن "هذا العرض التوضيحي يوفر دليلاً قويًا على أن ميكانيكا الكم تنطبق على جسم ميكانيكي كبير بما يكفي ليتم رؤيته بالعين المجردة". [5]
ملحوظات
^ أ: طاقة الحالة الأرضية للمذبذب تتناسب طرديًا مع تردده: انظر المذبذب التوافقي الكمومي .
مراجع
- ^ شرودنغر ، إي. (1935). “الوضع الحالي في ميكانيكا الكم”. ناتورويسنشافتن . 23 (48): 807– 812، 823– 828، 844– 849. بيب كود :1935NW .....23..807S. دوى :10.1007/BF01491891. S2CID 206795705.
- ^ Leggett, AJ (2002). "اختبار حدود ميكانيكا الكم: الدافع، حالة اللعب، الآفاق". J. Phys.: Condens. Matter . 14 (15): R415 – R451 . Bibcode :2002JPCM...14R.415L. CiteSeerX 10.1.1.205.4849 . doi :10.1088/0953-8984/14/15/201. S2CID 250911999. .
- ^ زوريك، دبليو إتش (2003). "فقدان التماسك، والاختيار الإلكتروني، والأصول الكمومية للكلاسيكية" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 75 (3): 715– 765. arXiv : quant-ph/0105127 . رمز Bibcode :2003RvMP...75..715Z. doi :10.1103/RevModPhys.75.715. S2CID 14759237.
- ^ بويل، آلان. "العام في العلوم: قفزة نوعية". MSNBC. مؤرشف من الأصل في 2010-12-19 . تم الاسترجاع في 2010-12-23 .
- ^ abcde O'Connell, AD; Hofheinz, M.; Ansmann, M.; Bialczak, RC; Lenander, M.; Lucero, E.; Neeley, M.; Sank, D.; et al. (2010). "الحالة الأساسية الكمومية والتحكم في الفونون الفردي للمرنان الميكانيكي". Nature . 464 (7289): 697– 703. Bibcode :2010Natur.464..697O. doi :10.1038/nature08967. PMID 20237473. S2CID 4412475.
- ^ تشو، أدريان (2010). "اختراق العام: أول آلة كمية". مجلة العلوم . 330 (6011): 1604. رمز Bibcode :2010Sci...330.1604C. doi :10.1126/science.330.6011.1604. PMID 21163978.
- ^ ستيفن جيرفين، http://www.condmatjournalclub.org/wp-content/uploads/2010/04/jccm_april2010_013.pdf محفوظ في 12 مايو 2016 على موقع واي باك مشين
- ^ ماركوس أسبيلماير، "ميكانيكا الكم: الأمواج في ارتفاع"، مجلة نيتشر 464، ص 685-686 (1 أبريل 2010)
- ^ براندون برين، "العلم: الإنجازات التي حققها عام 2010 ورؤى العقد"، الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم، 16 ديسمبر/كانون الأول 2010
- ^ ريتشارد ويب، "أول تأثيرات كمية شوهدت في جسم مرئي"، مجلة نيو ساينتست، 17 مارس 2010
روابط خارجية
- تشو، أدريان (17 ديسمبر 2010). "اختراق العام: أول آلة كمية". مجلة العلوم . 330 (6011): 1604. رمز Bibcode :2010Sci...330.1604C. doi :10.1126/science.330.6011.1604. PMID 21163978.
- برومفيل، جيف (2010-03-17). "العلماء يضخمون ميكانيكا الكم". نيتشر . doi : 10.1038/news.2010.130 .
- آرون د. أوكونيل، ديسمبر 2010، "رنان ميكانيكي مجهري يعمل في حدود الكم" محفوظ في 25 يوليو 2011 على موقع واي باك مشين (أطروحة دكتوراه)
| عام | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| نظريات | |||||||||
الاتصالات الكمومية |
| ||||||||
| خوارزميات الكم | |||||||||
نظرية التعقيد الكمي | |||||||||
معايير المعالج الكمومي | |||||||||
| نماذج الحوسبة الكمومية | |||||||||
تصحيح الخطأ الكمي | |||||||||
التنفيذات المادية |
| ||||||||
البرمجة الكمومية | |||||||||
| |||||||||
| الحقول |
| ||||
|---|---|---|---|---|---|
