اگه فکر می‌کنین کوانتوم فقط مال دانشمندای عجیب‌غریبه و کارای تخیلیه، باید این خبر رو بخونین! اخیراً یه تیم از محققای دانشگاه فنی دانمارک (DTU) با کمک دوستاشون از آمریکا، کانادا و کره جنوبی، نشون دادن که تو دنیای واقعی هم کوانتوم می‌تونه معرکه باشه. ماجرا از این قراره که اونا برای اولین بار تونستن “برتری کوانتومی” رو تو یه سیستم فوتونی ثابت کنن. برتری کوانتومی یعنی کاری که یه سیستم کوانتومی می‌تونه انجام بده، هیچ سیستم کلاسیکی (یعنی همون کامپیوترای معمولی خودمون) نمی‌تونن حتی نزدیکش بشن!
حالا مشکل چی بود؟ خب، دانشمندها معمولاً برای فهمیدن نویز دستگاه‌ها یا همون صدای مزاحمی که وسط کارشون هست، باید هی تکرار تکرار یه چیزی رو اندازه‌گیری کنن تا بفهمن واقعاً نویز سیستم چیه. برای سیستم‌های کوانتومی این قضیه خیلی اعصاب‌خوردکن‌تره؛ چون نویز توی ذرات کوانتومی خودش توی اندازه‌گیری‌ها وجود داره و هر چی تعداد ذرات بیشتر باشه، تعداد آزمایش‌ها به شکل نمایی (یعنی خیلی خیلی زیاد!) زیاد میشه.
اینجا یه سوال باحال پیش میاد: واقعاً اگه نور درهم‌تنیده داشته باشیم، یعنی همون Entangled Light که مثلاً دوتا پرتو نور جوری به هم وصل می‌شن که وضعیت یکی کاملاً روی اون یکی تاثیر میذاره، میشه تعداد اندازه‌گیری‌ها رو کمتر کرد؟ پاسخ این دانشمندا: بله، اونم چه بله‌ای! مثلاً واسه همون دستگاهی که می‌خواستن آزمایش کنن، اونا تونستن تو فقط ۱۵ دقیقه به جواب برسن، درحالی‌که روش کلاسیکی (عادی) اگه اجراش کنی، تقریباً ۲۰ میلیون سال طول می‌کشه! بله واقعا بیست میلیون سال!
کل سیستم جالبی که شاید فکر کنین پیچیده‌ست، اتفاقاً ساده بوده و توی زیرزمین آزمایشگاه DTU پیاده شد. محقق‌ها اصلاً دستگاه عجیب‌غریب نداشتن؛ یه سری قطعه‌ی معمولی اپتیک (چیزایی که واسه کار با نور به کار می‌ره) رو برداشتند که تو طول‌موج مخابرات (Telecom wavelengths یعنی همون موج‌هایی که واسه تلفن و اینترنت استفاده می‌شن) کار می‌کرد. حتی با اینکه یه مقداری اتلاف انرژی هم تو سیستم داشتن (یعنی بخشی از نور از بین می‌رفت)، باز هم روش کوانتومی‌شون رو دست روش سنتی بلند شد. این یعنی اصل برتری از خود روش اندازه‌گیری بوده، نه از داشتن تجهیزات فوق‌مدرن.
چی کار کردن؟ دوتا پرتو نور رو برداشتند، جوری فشرده‌کردنشون که به هم قفل شدن (همون درهم‌تنیدگی کوانتومی). یکی رفت توی سیستم پر سر و صدا تا رفتارشو بسنجه، اون یکی به عنوان مرجع موند. بعد با اندازه‌گیری مشترک، تفاوتشون رو بررسی کردن که بخش بزرگی از نویز رو حذف کرد و کلی اطلاعات بیشتر از یه آزمایش عادی گیرشون اومد.
این کارشون ادامه‌ی یه عالمه تحقیق نظری قبلی بود که خودشون یه مقاله در ۲۰۲۴ با اسم خفن “برتری ناشی از درهم‌تنیدگی برای یادگیری کانال جابجایی تصادفی بوزونی” (Bosonic Random Displacement Channel، یعنی یه جوری کانال مخابراتی که مخصوص ذرات بوزونی مثل فوتون‌هاست و نویزش کاملاً تصادفیه) چاپ کرده بودن. همون رو با این آزمایش عملی تایید کردن.
البته تیم پژوهشی گفت هنوز از این روش روی سیستم‌های واقعی و پیچیده استفاده نکردن، اما همین که یه نمونه واقعی پیدا کردن که هیچ سیستم غیرکوانتومی نمی‌تونه بهش برسه، خودش یه دستاورد بزرگه برای فیزیک کوانتومی. یونس شاو نیرگارد-نیلسن، یکی از نویسنده‌ها، گفت: “تا حالا همه فقط از تکنولوژی کوانتومی حرف می‌زدن و ادعا می‌کردن فلان بهتر از سیستم‌های کلاسیکه، ولی واقعیت اینه که فعلاً این اتفاق نیفتاده. اما الان دیگه می‌تونیم با مدرک بگیم بالاخره یه سیستم ساختیم که کلاسیکی‌ها هیچوقت بهش نمی‌رسن!”
نتایجشون رو هم تو مجله معتبر «Science» چاپ کردن، که یکی از مهم‌ترین مجله‌های علمی دنیاست.
پس اگه یه روزی دیدین تو اخبار یا شبکه‌های اجتماعی نوشتن “کوانتوم اومد، دنیا رو فتح کرد!” شک نکنین یکی از قدم‌های بزرگ همین داستان نور درهم‌تنیده‌ی دانمارکی‌هاس که زمان اندازه‌گیری رو از میلیون‌ها سال به چند دقیقه رسوند!
منبع: +
