التجارب مع السبب والنتيجة الكمومية تكشف عن عدم الكلاسيكية المخفية

تفسيرات السبب والنتيجة مثل "النعناع البري يجعل القطط سعيدة" و "النكات تسبب الضحك" و "أسباب بحث مثيرة عالم الفيزياء المقالات "طريقة مفيدة لتنظيم المعرفة حول العالم. تدعم رياضيات السبب والنتيجة كل شيء من علم الأوبئة إلى فيزياء الكم. ومع ذلك ، في عالم الكم ، فإن العلاقة بين السبب والنتيجة ليست واضحة تمامًا. استخدم فريق دولي من علماء الفيزياء الآن الانتهاكات الكمية للسببية الكلاسيكية لفهم طبيعة السبب والنتيجة بشكل أفضل. في هذه العملية ، كشف الفريق النقاب عن السلوك الكمومي في موقف تشير فيه الطرق القياسية إلى أن النظام يجب أن يكون كلاسيكيًا - وهي نتيجة يمكن أن يكون لها تطبيقات في التشفير الكمي.

في فيزياء الكم ، تشير نتيجة تُعرف باسم نظرية بيل إلى أنه لا توجد نظرية تتضمن متغيرات محلية "مخفية" يمكنها أبدًا إعادة إنتاج الارتباطات بين نتائج القياس التي تنبأ بها ميكانيكا الكم. تحدث نتيجة مماثلة في نظرية الاستدلال السببي ، حيث تتحدى أنظمة الكم بالمثل قواعد التفكير السببي الكلاسيكي. الفكرة وراء نهج الاستدلال السببي هي أنه في حين يمكن أن تنشأ علاقة إحصائية بين متغيرين بسبب علاقة سببية مباشرة بينهما ، قد يحتوي الارتباط أيضًا على مساهمة سبب مشترك خفي. في بعض الحالات ، يمكن قياس هذه المساهمة المخفية ، ويمكن استخدام ذلك لإظهار أن الارتباطات الكمية موجودة حتى عندما لا يمكن انتهاك نظرية بيل.

يحقق استنتاج البنية السببية التحكم المباشر في السبب والنتيجة

في العمل الأخير ، قام فريق بقيادة عالم فيزياء تجريبي دافيد بوديريني وزملاؤه في البرازيل وألمانيا وإيطاليا وبولندا تجمع بين النظرية والتجربة لإظهار الظواهر الكمومية في نظام قد يبدو لولا ذلك كلاسيكيًا. يستكشف الباحثون مفهوم السبب والنتيجة من خلال النظر فيما إذا كانت الارتباطات بين متغيرين ، A و B ، تشير إلى أن أحدهما هو سبب الآخر ، أو ما إذا كان بعض المتغيرات الأخرى (التي قد تكون غير ملحوظة) هي مصدر الارتباطات.

في بحثهم ، استخدم الباحثون نموذجًا سببيًا (انظر الصورة) حيث تؤثر إحصائيات المتغير أ على المتغير ب ، إما بشكل مباشر أو بفعل مصدر مشترك (يسمى Λ) يربط نتيجة كلا المتغيرين حتى بدون وجود علاقة سببية بينهما. للتمييز بين هذين السيناريوهين ، يقوم الباحثون بإجراء تدخل على المتغير A يمحو أي تأثيرات خارجية. هذا يترك المتغير A تحت السيطرة الكاملة للمُجرب ، مما يجعل من الممكن تقدير العلاقة السببية المباشرة بين A و B.

بدلاً من ذلك ، من خلال إدخال متغير إضافي X مستقل عن B و ، يمكن تحلل أي ارتباطات ملحوظة بين المتغيرين A و B إلى احتمالات مشروطة. تضع هذه الاحتمالات الشرطية حداً أدنى لدرجة التأثير السببي بين المتغيرات ، مما يجعل من الممكن تقدير مستوى التأثير بين A و B.

يسمي الباحثون هذا الحد الأدنى بعدم المساواة الأداتية ، وهو قيد كلاسيكي (على غرار عدم المساواة الذي ينشأ من نظرية بيل) ينبع من فرض هذا الهيكل السببي على التجربة. نتيجة لذلك ، ستكون درجة التأثير الكمي السببي بين المتغيرين A و B أقل من الحد الأدنى المطلوب للنظام الكلاسيكي ، مما يسمح بملاحظة عدم الكلاسيكية من خلال التدخل حتى في حالة عدم انتهاك عدم المساواة في Bell.

يكشف التدخل التجريبي عن تأثيرات كمية

لمراقبة العملية السببية الآلية ، قام الباحثون بتوليد أزواج من الفوتونات ذات الاستقطاب المتشابك وقاموا بقياسها في تمثيلات مختلفة لفضاء الدولة أو القواعد. بفضل الطبيعة المتشابكة للفوتونات ، يتم تحديد اختيار الأساس لأحدهما من خلال القياس على الآخر ، مما ينتج عنه آلية "تغذية للأمام" تنفذ ارتباطًا سببيًا مباشرًا بين المتغيرين. نتيجة لعملية التغذية إلى الأمام هذه ، لاحظ الباحثون بشكل تجريبي انتهاكات للحدود الدنيا الكلاسيكية للتأثير السببي بين متغيرين من خلال إنتاج العديد من الحالات الكمية التي تتميز بدرجات مختلفة من التشابك.

مثل عدم مساواة بيل ، يمثل انتهاك الحد الأدنى الكلاسيكي علامة على الارتباطات الكمية. علاوة على ذلك ، فإنه ينتج بيانات إحصائية يمكن أن تكون بمثابة الأساس لأي بروتوكول أساسي لتشفير الكم. بينما تعتمد بروتوكولات التشفير الحالية على نظرية بيل ، فإن استنتاج البنية السببية من التدخل الفعال يمثل توافقًا أكثر عمومية بين السببية الكلاسيكية ونظرية الكم. يسعى Poderini وزملاؤه إلى تجربة سيناريوهات سببية مختلفة لاستكشاف شبكات معقدة ذات ارتباطات أكثر ثراءً ، والتي يمكن استغلالها لتطوير تقنيات كمومية جديدة. يعتقد الباحثون أن تقنياتهم التجريبية يمكن أن تؤدي إلى مزايا كمية في بروتوكولات التشفير ، مما يجعل من الممكن تحقيق أدوات تشفير أكثر مرونة وأقل تطلبًا من الناحية التكنولوجية.

وظيفة التجارب مع السبب والنتيجة الكمومية تكشف عن عدم الكلاسيكية المخفية ظهرت للمرة الأولى على عالم الفيزياء.

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://physicsworld.com/a/experiments-with-quantum-cause-and-effect-reveal-hidden-nonclassicality/