الاستنساخ التوجيه الكمي أمر محظور

التوجيه الكمومي - وهي ظاهرة غريبة وغير محلية تشبه التشابك الكمي - لا يمكن تكرارها بشكل مثالي من خلال أي عملية مشتركة بين النظام الذي يتم توجيهه ونظام خارجي. نظرية "عدم الاستنساخ" الجديدة هذه هي نتيجة عمل الباحثين في الصين الذين درسوا الوضع الذي ينشأ عندما لا يثق أحد الطرفين اللذين يتقاسمان حالة كمومية بمصدر الجسيمات الكمومية المستخدمة لإنشاء تلك الحالة. فضلا عن كونها مهمة للفيزياء الأساسية، فإن هذا الاكتشاف يمكن أن يكون له آثار على التشفير الكمي والحوسبة الكمومية.

تقوم أجهزة الكمبيوتر التقليدية بتخزين المعلومات على شكل "بتات" بقيمة إما 1 أو 0. وعلى النقيض من ذلك، تقوم أجهزة الكمبيوتر الكمومية بتخزين المعلومات في أنظمة كمومية ذات مستويين مثل حالات الاستقطاب الأفقي والرأسي للفوتونات أو "الدوران" و" تدور إلى أسفل "حالات الإلكترونات. ولا تقتصر حالات هذه البتات الكمومية، أو الكيوبتات، على 0 و1؛ يمكن أن تتواجد أيضًا في تركيبة وسيطة تعرف باسم التراكب. ومع ذلك، لا يمكن أبدًا معرفة الحالة الكاملة للنظام الكمي بشكل كامل، مما يعني أن التكرار الكامل للكيوبتات محظور. هذه هي ما يسمى بنظرية "عدم الاستنساخ"، وهي تشكل أساس التشفير الكمي.

مبدأ آخر مهم هو أن اثنين أو أكثر من الكيوبتات يمكن أن يتشابكوا، مما يعني أن لديهم علاقة أوثق بكثير مما تسمح به الفيزياء الكلاسيكية. عندما يتشابك اثنان من الكيوبتات، فإن قياس حالة أحدهما يخبرك تلقائيًا بحالة الثاني، بغض النظر عن المسافة بينهما. على سبيل المثال، إذا كنت تعرف الدوران المغزلي لجسيم واحد، فيمكنك تحديد دوران الجسيم الآخر.

وجد ألبرت أينشتاين هذا الجانب من التشابك مقلقًا، لأنه يشير ضمنًا إلى أن الجسيمات المتشابكة يمكن أن تؤثر على حالة بعضها البعض بطريقة غير محلية - وهو ما أسماه "العمل الشبحي عن بعد". في بحث نشر عام 1935، جادل هو وزملاؤه بوريس بودولسكي وناثان روزين ضد هذا الشكل من اللامكانية، وأصبح يعرف باسم مفارقة EPR بعد الأحرف الأولى من أسمائهم. ومع ذلك، أظهرت الأبحاث اللاحقة أن حجتهم غير صحيحة: 2022 جائزة نوبل في الفيزياء ذهبت إلى ثلاثة من التجريبيين الذين، بناءً على عمل المنظر الراحل جون ستيوارت بيل، أثبتوا أن التشابك (وبالتالي اللامكانية) هو بالفعل جزء من عالمنا المادي.

"مبدأ عدم الاستنساخ التوجيهي"

ومع ذلك، فإن التشابك الكمي ليس هو الشكل الوحيد لعدم المحلية في نظرية الكم. نوع آخر، يُعرف باسم التوجيه الكمي، تم تقديمه لأول مرة بواسطة إروين شرودنغر كتعميم لمفارقة EPR. في التشابك الكمي، يثق الطرفان المشاركون في معاملة كمومية (المعروفة تقليديًا باسم أليس وبوب)، بمصدر الجسيمات الكمومية المستخدمة لتوليد الحالات الخاصة بكل منهما. يقدم التوجيه الكمي عدم تناسق في هذا الإعداد: الآن هناك مصدر واحد فقط (أليس، على سبيل المثال) جدير بالثقة. وهذا يمكّن أليس من «توجيه» حالة الجسيمات التي لاحظها بوب، مما يعني أن القياسات التي تجريها على نصفها من زوج الجسيمات المتشابك تؤثر على حالة نصف بوب بطريقة لا يمكن تفسيرها بشكل كلاسيكي.

يضيف "مبدأ عدم الاستنساخ التوجيهي" الموضح في العمل الجديد إلى فهمنا لهذا الشكل من عدم المحلية. "تنص نظرية عدم الاستنساخ الأصلية على أنه لا توجد عملية فيزيائية يمكنها نسخ حالة كمومية غير معروفة بشكل مثالي". فو لين تشانغ، الذي قاد فريقًا من الباحثين في قسم الفيزياء في جامعة تيانجين و معهد تشيرن للرياضيات في جامعة نانكاى. "تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن التوجيه الكمي في حالة معروفة لا يمكن نسخه بشكل مثالي إذا كانت الحالة "كمية للغاية"."

ووجد الباحثون أيضًا أن نوعًا وثيق الصلة من الارتباط الكمي يسمى توجيه EPR يمكن استنساخه جزئيًا. يوجد توجيه EPR في حالات يمكن استخدامها لإثبات التوجيه الكمي بشكل مقنع حتى لو كان مراقب الحالات الموجهة لا يثق في القائم بالقياس. ويوضح تشانغ أنه يمكن بالتالي اعتبارها خاصية كمومية "أقوى" من التوجيه الكمي. يقول: "في مهام المعلومات الكمومية بين أليس وبوب التي تمت مهاجمتها من قبل طرف ثالث، "تشارلي"، باستخدام آلة الاستنساخ، تحدد نتائجنا عتبات لتوجيه EPR بين أليس وبوب لاستبعاد توجيه EPR بين أليس وتشارلي". عالم الفيزياء.

ويضيف: «إن عدم استنساخ التوجيه الكمي هو نتيجة للتراكب الكمي، كما هو الحال مع نظريتي عدم الاستنساخ وعدم الذهاب الأصليتين، وبرهنتنا مبنية على ما يسمى بنظرية عدم البث، والتي هي نظام ممتد لعدم الاستنساخ للحالات "المختلطة" (في الأنظمة المركبة)."

يدرس الباحثون الآن كيفية تأثير درجات "الكمية" على النظريات الأخرى المحظورة. يكشف تشانغ: "نحن ندرس بروتوكولات مشاركة المعلومات غير المحلية وأنواع أخرى من المعلومات الكمومية بين عدة مراقبين في إطار الاستنساخ الكمي". "يعد موضوع مشاركة المعلومات غير المحلية أمرًا أساسيًا في علم المعلومات الكمي."

العمل مفصل في رسائل الفيزياء الصينية.