السعي إلى قياس الكم | مجلة كوانتا

لقد مر أكثر من 40 عامًا منذ أن أشار الفيزيائي ريتشارد فاينمان إلى أن بناء أجهزة حاسوبية تعتمد على المبادئ الكمومية يمكن أن يطلق العنان لقوى أكبر بكثير من تلك التي تمتلكها أجهزة الكمبيوتر "الكلاسيكية". في خطاب رئيسي عام 1981 غالبًا ما يُنسب الفضل إلى فاينمان في إطلاق مجال الحوسبة الكمومية، واختتم فاينمان بمزحة مشهورة الآن:

"الطبيعة ليست كلاسيكية، اللعنة، وإذا كنت ترغب في عمل محاكاة للطبيعة، فمن الأفضل أن تجعلها ميكانيكية كمومية."

لقد مر ما يقرب من 30 عامًا منذ أن توصل عالم الرياضيات بيتر شور إلى أول استخدام تحويلي محتمل لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. إن الكثير من أمن العالم الرقمي مبني على افتراض أن العوملة أعداد كبيرة هي مهمة صعبة وتستغرق وقتا طويلا. أظهر شور كيفية استخدام الكيوبتات - وهي كائنات كمومية يمكن أن تتواجد في خليط من 0 و1 - للقيام بذلك في لمح البصر، على الأقل مقارنة بالطرق الكلاسيكية المعروفة.

يشعر الباحثون بثقة تامة (رغم أنهم غير متأكدين تمامًا) من أن خوارزمية شور الكمومية تتفوق على جميع الخوارزميات الكلاسيكية، لأنه - على الرغم من الحوافز الهائلة - لم ينجح أحد في كسر التشفير الحديث باستخدام آلة كلاسيكية. ولكن بالنسبة للمهام الأقل بريقًا من التخصيم، فهو كذلك من الصعب القول على وجه اليقين ما إذا كانت الأساليب الكمومية متفوقة. أصبح البحث عن المزيد من التطبيقات الرائجة بمثابة لعبة تخمين عشوائية.

قال: "هذه طريقة سخيفة للقيام بذلك". كريستال نويل، عالم فيزياء في جامعة ديوك.

على مدى السنوات العشرين الماضية، سعى اتحاد فضفاض من الفيزيائيين ذوي الميول الرياضية وعلماء الرياضيات ذوي الميول الفيزيائية إلى تحديد قوة عالم الكم بشكل أكثر وضوحًا. هدفهم؟ لإيجاد طريقة لقياس الكم. إنهم يحلمون برقم يمكنهم تخصيصه لترتيب الكيوبتات الناتج عن بعض الحسابات الكمومية. إذا كان الرقم منخفضًا، فسيكون من السهل محاكاة هذه العملية الحسابية على جهاز كمبيوتر محمول. إذا كانت عالية، فإن الكيوبتات تمثل الإجابة على مشكلة صعبة حقًا بعيدة عن متناول أي جهاز كلاسيكي.

باختصار، يبحث الباحثون عن العنصر الفيزيائي الموجود في جذور القوة المحتملة للأجهزة الكمومية.

وقال: "هنا تبدأ الكم بالمعنى الدقيق للغاية". بيل فيفرمان، باحث الكم في جامعة شيكاغو.

لقد كان سعيهم مثمرا، وربما مثمرا للغاية. بدلًا من العثور على مقياس واحد، عثر الباحثون على ثلاثة، كل منها طريقة مميزة للفصل بين العالمين الكمي والكلاسيكي. في هذه الأثناء، بدأ الفيزيائيون يتساءلون عما إذا كانت الكمية الأقل ملموسة من الثلاثة تظهر خارج أجهزة الكمبيوتر الكمومية. لقد وجدت الدراسات الأولية أن هذا الأمر صحيح، وأنه قد يقدم طريقة جديدة للتعامل مع أطوار المادة الكمومية والطبيعة المدمرة للثقوب السوداء.

لهذه الأسباب، سعى كل من الفيزيائيين وعلماء الكمبيوتر إلى رسم التضاريس الدقيقة لهذه المملكة الكمومية المكونة من ثلاثة أجزاء. هذا الصيف، أعلنت ثلاث مجموعات بحثية أنها قامت بصياغة أفضل خريطة حتى الآن للمقاطعات الثلاث الأقل شهرة، مما أضاف تفاصيل مهمة لفهم أين تنتهي النهايات الكلاسيكية ويبدأ الكم الحقيقي.

وقال: "من الضروري للغاية أن نفهم أين يقع هذا الأفق". كميل كورزكوا من جامعة جاجيلونيان في بولندا، وهو أحد الباحثين الذين يقفون وراء الأعمال الجديدة. "ما هو الكم حقًا فيما يتعلق بالكم؟"

تشابك

في التسعينيات، بدا العنصر المادي الذي يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية قوية واضحًا. لا بد أن يكون التشابك، ذلك الرابط الكمي "المخيف" بين الجسيمات البعيدة والذي حدده إيروين شرودنغر بنفسه على أنه "السمة المميزة لميكانيكا الكم".

قال: "لقد تم ذكر التشابك بسرعة كبيرة". ريتشارد جوزا، عالم الرياضيات في جامعة كامبريدج. "والجميع افترض أن هذا هو الحال."

لبعض الوقت، بدا أن البحث عن تلك التوابل الكمومية المهمة قد انتهى قبل أن يبدأ.

التشابك، وهو الظاهرة التي يشكل فيها جسيمان كميان حالة مشتركة، يلخص ما كان صعبًا في ممارسة ميكانيكا الكم - وبالتالي ما يمكن أن تتفوق فيه أجهزة الكمبيوتر الكمومية. عندما لا تكون الجسيمات متشابكة، يمكنك تتبعها بشكل فردي. ولكن عندما تصبح الجسيمات متشابكة، فإن تعديل أو معالجة جسيم واحد في النظام ينطوي على مراعاة ارتباطاته بالجسيمات المتشابكة الأخرى. وتنمو هذه المهمة بشكل كبير مع إضافة المزيد من الجزيئات. لتحديد حالة بشكل كامل n الكيوبتات المتشابكة، تحتاج إلى شيء مثل 2ⁿ القطع الكلاسيكية؛ لحساب تأثير التغيير والتبديل في كيوبت واحد، عليك إجراء حوالي 2ⁿ العمليات الكلاسيكية. بالنسبة لثلاثة كيوبت، فإن ذلك يمثل ثماني خطوات فقط. لكن بالنسبة إلى 10 كيوبت، فإن الرقم يساوي 1,024، وهو التعريف الرياضي للأشياء الذي يتصاعد بسرعة.

في 2002ساعدت جوزا في التوصل إلى عملية بسيطة لاستخدام جهاز كمبيوتر كلاسيكي لمحاكاة "دائرة" كمومية، وهي عبارة عن سلسلة محددة من العمليات التي يتم إجراؤها على الكيوبتات. إذا أعطيت البرنامج الكلاسيكي بعض الترتيب الأولي للبتات الكمومية، فإنه سيتنبأ بترتيبها النهائي، بعد مرورها عبر الدائرة الكمومية. أثبت جوزسا أنه طالما أن خوارزميته تحاكي دائرة لا تتشابك مع الكيوبتات، فيمكنها التعامل مع أعداد أكبر وأكبر من الكيوبتات دون أن يستغرق تشغيلها وقتًا أطول بشكل كبير.

وبعبارة أخرى، أظهر أن الدائرة الكمومية الخالية من التشابك من السهل محاكاتها على جهاز كمبيوتر كلاسيكي. ومن الناحية الحسابية، لم تكن الدائرة كميّة في جوهرها. إن مجموعة كل هذه الدوائر غير المتشابكة (أو، على نحو مكافئ، جميع ترتيبات الكيوبتات التي قد تخرج من هذه الدوائر غير المتشابكة) شكلت شيئًا يشبه جزيرة قابلة للمحاكاة بشكل كلاسيكي في بحر كمي شاسع.

وفي هذا البحر توجد الحالات الناتجة عن دوائر كمومية حقيقية، تلك التي قد تستغرق محاكاتها الكلاسيكية مليارات السنين. لهذا السبب، أصبح الباحثون ينظرون إلى التشابك ليس فقط كخاصية كمومية، بل كمورد كمي: فهو ما تحتاجه للوصول إلى أعماق مجهولة، حيث توجد خوارزميات كمومية قوية مثل خوارزمية شور.

واليوم، لا يزال التشابك هو المورد الكمي الأكثر دراسة. قال فيفرمان: "إذا سألت 99 من أصل 100 عالم فيزياء [ما الذي يجعل الدوائر الكمومية قوية]، فإن أول ما يتبادر إلى ذهنك هو التشابك".

ويستمر البحث النشط في علاقة التشابك بالتعقيد. على سبيل المثال، قال فيفرمان ومعاونوه: أظهر العام الماضي أنه بالنسبة لفئة معينة من الدوائر الكمومية، فإن التشابك يحدد بشكل كامل مدى صعوبة محاكاة الدائرة بشكل كلاسيكي. قال فيفرمان: «بمجرد أن تصل إلى قدر معين من التشابك، يمكنك في الواقع إثبات الصلابة. لا توجد خوارزمية [كلاسيكية] ستعمل.”

لكن برهان فيفرمان ينطبق على نوع واحد فقط من الدوائر. وحتى قبل 20 عامًا، كان الباحثون يدركون بالفعل أن التشابك وحده فشل في التقاط ثراء المحيط الكمومي.

كتب جوزا ومعاونوه في ورقتهم البحثية عام 2002: «على الرغم من الدور الأساسي للتشابك، فإننا نرى أنه من المضلل النظر إلى التشابك كمورد رئيسي للقوة الحاسوبية الكمومية».

لقد اتضح أن البحث عن الكم قد بدأ للتو.

 القليل من السحر

عرف جوزسا أن التشابك لم يكن الكلمة الأخيرة فيما يتعلق بالكمية، لأنه قبل أربع سنوات من عمله، كان الفيزيائي دانيال جوتسمان وقد تبين خلاف ذلك. في مؤتمر عام 1998 في تسمانيا، جوتسمان شرح أنه في نوع معين من الدوائر الكمومية، تصبح الكمية الكمومية التي تبدو جوهرية تافهة يمكن للحاسوب الكلاسيكي محاكاتها.

في طريقة جوتسمان (التي ناقشها مع عالم الرياضيات إيمانويل نيل)، لم تكلف عملية التشابك أي شيء. يمكنك ربط أي عدد تريده من الكيوبتات، ولا يزال بإمكان الكمبيوتر الكلاسيكي مواكبة ذلك.

وقال كورزيكوا: "كانت هذه واحدة من أولى المفاجآت، وهي نظرية جوتسمان-كنيل، في التسعينيات".

بدت القدرة على محاكاة التشابك بشكل كلاسيكي بمثابة معجزة، ولكن كان هناك صيد. لم تتمكن خوارزمية غوتسمان-نيل من التعامل مع جميع الدوائر الكمومية، فقط تلك التي التصقت بما يسمى بوابات كليفورد. ولكن إذا أضفت "بوابة T"، وهي أداة تبدو غير ضارة وتقوم بتدوير الكيوبت بطريقة معينة، فإن برنامجهم سوف يختنق بها.

يبدو أن بوابة T هذه تصنع نوعًا ما من الموارد الكمومية، وهو شيء كمي في جوهره لا يمكن محاكاته على جهاز كمبيوتر كلاسيكي. ولم يمض وقت طويل حتى أطلق اثنان من الفيزيائيين على الجوهر الكمي الناتج عن دوران البوابة T المحظورة اسمًا جذابًا: السحر.

في عام 2004، قام سيرجي برافي، الذي كان آنذاك من معهد لانداو للفيزياء النظرية في روسيا، وأليكسي كيتايف من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، بوضع مخططين لتنفيذ أي حساب كمي: يمكنك تضمين بوابات T في الدائرة نفسها. أو يمكنك أن تأخذ "الحالة السحرية"من الكيوبتات التي تم تجهيزها ببوابات T بواسطة دائرة أخرى وإدخالها في دائرة كليفورد. وفي كلتا الحالتين، كان السحر ضروريًا لتحقيق الكم الكامل.

وبعد عقد من الزمن، برافي و ديفيد جوسيتتوصل الباحث في جامعة واترلو في كندا إلى كيفية قياس كمية السحر في مجموعة من الكيوبتات. وفي عام 2016، هم طوروا خوارزمية كلاسيكية لمحاكاة الدوائر ذات السحر المنخفض. استغرق برنامجهم وقتًا أطول بشكل كبير لكل بوابة T إضافية، على الرغم من أن النمو الأسي ليس متفجرًا تمامًا كما هو الحال في الحالات الأخرى. لقد استعرضوا أخيرًا كفاءة طريقتهم من خلال المحاكاة الكلاسيكية لدائرة سحرية إلى حد ما مع مئات من بوابات كليفورد وما يقرب من 50 بوابة T.

اليوم، يقوم العديد من الباحثين بتشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية في وضع كليفورد (أو ما يقرب من ذلك)، وذلك على وجه التحديد لأنهم يستطيعون استخدام جهاز كمبيوتر كلاسيكي للتحقق مما إذا كانت الأجهزة التي تجرها الدواب تعمل بشكل صحيح. وقال جوسيت إن دائرة كليفورد "تعد مركزية للغاية بالنسبة للحوسبة الكمومية ومن الصعب المبالغة في تقديرها".

دخل مورد كمي جديد - السحر - إلى اللعبة. ولكن على عكس التشابك، الذي بدأ كظاهرة فيزيائية مألوفة، لم يكن الفيزيائيون متأكدين مما إذا كان السحر له أهمية كبيرة خارج أجهزة الكمبيوتر الكمومية. تشير النتائج الأخيرة إلى أنه قد يكون كذلك.

وفي عام 2021، حدد الباحثون مراحل معينة من المادة الكمومية والتي من المؤكد أنها تحتوي على السحر، كما هو الحال في العديد من أطوار المادة أنماط معينة من التشابك. قال: "أنت بحاجة إلى مقاييس أكثر دقة للتعقيد الحسابي مثل السحر للحصول على مشهد كامل لأطوار المادة". تيموثي هسيه، عالم فيزياء في المعهد المحيطي للفيزياء النظرية الذي عمل على النتيجة. و أليوسيا هاما من جامعة نابولي، مع زملائه، درس مؤخرا ما إذا كان من الممكن -نظريًا- إعادة بناء صفحات المذكرات التي ابتلعها الثقب الأسود من خلال مراقبة الإشعاع الذي يصدره فقط. وقال هاما إن الجواب كان نعم، "إذا لم يكن للثقب الأسود الكثير من السحر".

بالنسبة للعديد من الفيزيائيين، ومن بينهم هاما، تبدو المكونات الفيزيائية اللازمة لإنشاء نظام كمي للغاية واضحة. من المحتمل أن يكون هناك مزيج من التشابك والسحر ضروريًا. ولا أحد منهما وحده يكفي. إذا حصلت الولاية على درجة صفر في أي من المقياسين، فيمكنك محاكاتها على الكمبيوتر المحمول الخاص بك، مع القليل من المساعدة إما من Jozsa (إذا كان التشابك صفرًا) أو من Bravyi وGosset (إذا كان السحر صفرًا).

ومع ذلك فإن البحث الكمي مستمر، لأن علماء الكمبيوتر عرفوا منذ زمن طويل أنه حتى السحر والتشابك معًا لا يمكن أن يضمنوا الكم حقًا.

السحر الفرميوني

أما المقياس الكمي الآخر فقد بدأ في التبلور منذ ما يقرب من ربع قرن. ولكن حتى وقت قريب، كانت الأقل تطوراً بين الثلاثة.

في عام 2001، عالم الكمبيوتر ليزلي فاليانت اكتشف طريقة للمحاكاة عائلة ثالثة من المهام الكمومية. بقدر ما ركزت تقنية جوزسا على دوائر بدون بوابات متشابكة، وبقدرة خوارزمية Bravyi-Gosset على قطع الدوائر دون وجود عدد كبير جدًا من بوابات T، كانت خوارزمية Valiant مقتصرة على الدوائر التي تفتقر إلى "بوابة المبادلة" - وهي عملية تأخذ اثنين من الكيوبتات وتتبادلهما. المواقف.

طالما أنك لا تتبادل الكيوبتات، يمكنك تشابكها وإضفاء قدر كبير من السحر عليها، وستجد نفسك على جزيرة كلاسيكية متميزة أخرى. ولكن بمجرد أن تبدأ في خلط الكيوبتات، يمكنك عمل عجائب تفوق قدرة أي كمبيوتر كلاسيكي.

وقال جوزا إن الأمر كان "غريبا إلى حد ما". "كيف يمكن لمبادلة اثنين من الكيوبتات أن تمنحك كل هذه القوة؟"

وفي غضون أشهر، اكتشف عالما الفيزياء النظرية باربرا ترهال وديفيد ديفينسينزو مصدر تلك القوة. لقد أظهروا أن دوائر شركة فاليانت الخالية من بوابة المبادلة، والتي تُعرف باسم دوائر "بوابة الثقاب"، كانت تحاكي سرًا فئة معروفة من المسائل الفيزيائية. على غرار الطريقة التي تحاكي بها أجهزة الكمبيوتر المجرات المتنامية أو التفاعلات النووية (دون أن تكون في الواقع مجرة ​​أو تفاعل نووي)، تحاكي دوائر بوابة الثقاب مجموعة من الفرميونات، وهي عائلة من الجسيمات الأولية التي تحتوي على إلكترونات.

عندما لا يتم استخدام بوابات المبادلة، تكون الفرميونات المحاكية غير متفاعلة، أو "حرة". إنهم لا يصطدمون ببعضهم البعض أبدًا. من السهل نسبيًا على الفيزيائيين حل المشكلات المتعلقة بالإلكترونات الحرة، وأحيانًا باستخدام قلم رصاص وورقة. ولكن عند استخدام بوابات المبادلة، تتفاعل الفرميونات المحاكية، وتتصادم معًا وتقوم بأشياء أخرى معقدة. هذه المشاكل صعبة للغاية، إن لم تكن غير قابلة للحل.

نظرًا لأن دوائر بوابة الثقاب تحاكي سلوك الفرميونات الحرة غير المتفاعلة، فمن السهل محاكاتها بشكل كلاسيكي.

ولكن بعد الاكتشاف الأولي، ظلت دوائر بوابات الثقاب غير مستكشفة إلى حد كبير. ولم تكن ذات صلة بجهود الحوسبة الكمومية السائدة، وكان تحليلها أكثر صعوبة.

لقد تغير ذلك خلال الصيف الماضي. استعانت ثلاث مجموعات من الباحثين بشكل مستقل بعمل برافي وجوسي ومعاونيهما في حل هذه المشكلة، وهو تقاطع مصادفة بين الأبحاث، تم اكتشافه، على الأقل في حالة واحدة، عندما ظهرت الفرميونات على القهوة (كما يحدث غالبًا عندما يحصل الفيزيائيون على معاً).

قامت الفرق بالتنسيق الافراج عن of من مشاركة النتائج في يوليو تموز.

قامت المجموعات الثلاث بإعادة تنظيم الأدوات الرياضية التي طورها رواد السحر لاستكشاف دوائر كليفورد وطبقتها على عالم دوائر بوابات الثقاب. سيرجي ستريلشوك و جوشوا كودبي ركز باحثو جامعة كامبريدج على القياس الرياضي للمورد الكمي الذي تفتقر إليه دارات البوابات المطابقة. من الناحية النظرية، يتوافق هذا المورد مع "التفاعلية" - أو مدى قدرة الفرميونات المحاكاة على استشعار بعضها البعض. لا يوجد تفاعل سهل المحاكاة بشكل كلاسيكي، والمزيد من التفاعل يجعل المحاكاة أكثر صعوبة. ولكن ما مدى صعوبة إجراء المحاكاة الإضافية من خلال التفاعل الإضافي؟ وهل كانت هناك أي اختصارات؟

"لم يكن لدينا الحدس. قال ستريلشوك: "كان علينا أن نبدأ من الصفر".

طورت المجموعتان الأخريان طريقة لتقسيم حالة واحدة يصعب محاكاتها إلى مجموعة ضخمة من الحالات التي يسهل محاكاتها، مع تتبع كل ذلك أين ألغيت هذه الحالات الأسهل وأين تراكمت.

وكانت النتيجة عبارة عن قاموس من نوع ما لنقل خوارزميات المحاكاة الكلاسيكية من عالم كليفورد إلى عالم بوابة المباراة. قال: "بشكل أساسي، يمكن الآن ترجمة كل ما لديهم لحلبات [كليفورد]". بياتريس دياس، عالم فيزياء في الجامعة التقنية في ميونيخ، "لذلك لا يتعين علينا إعادة اختراع كل هذه الخوارزميات."

الآن، يمكن للخوارزميات الأسرع محاكاة الدوائر بشكل كلاسيكي باستخدام عدد قليل من بوابات المبادلة. كما هو الحال مع التشابك والسحر، تستغرق الخوارزميات وقتًا أطول بشكل كبير مع إضافة كل بوابة محظورة. لكن الخوارزميات تمثل خطوة مهمة إلى الأمام.

أوليفر ريردون سميثالذي عمل مع كورزيكوا و ميخائى عثمانيك من الأكاديمية البولندية للعلوم في وارسو، يقدر أن برنامجهم يمكنه محاكاة دائرة تحتوي على 10 بوابات تبديل مكلفة، أسرع بثلاثة ملايين مرة من الطرق السابقة. تسمح خوارزمياتهم لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية بالتوغل بشكل أعمق قليلاً في البحر الكمومي، مما يعزز قدرتنا على تأكيد أداء أجهزة الكمبيوتر الكمومية وتوسيع المنطقة التي لا يمكن أن يعيش فيها أي تطبيق كمي قاتل.

وقال ريردون سميث: "إن محاكاة أجهزة الكمبيوتر الكمومية مفيدة لكثير من الناس". "نريد أن نفعل ذلك بأسرع ما يمكن وبتكلفة زهيدة قدر الإمكان."

أما بالنسبة لما يمكن تسميته بمورد "التفاعل" الذي تنتجه بوابات المبادلة، فإنه لا يزال ليس له اسم رسمي؛ البعض يسميه ببساطة سحرًا، والبعض الآخر يرمي بمصطلحات مرتجلة مثل "أشياء غير فرميونية". يفضل Strelchuk "السحر الفرميوني".

مزيد من الجزر في الأفق

الآن أصبح الباحثون يشعرون بالارتياح في قياس الكمية باستخدام ثلاثة مقاييس، كل منها يتوافق مع إحدى طرق المحاكاة الكلاسيكية الثلاث. إذا كانت مجموعة من الكيوبتات غير متشابكة إلى حد كبير، أو لديها القليل من السحر، أو تحاكي مجموعة من الفرميونات الحرة تقريبًا، فإن الباحثين يعرفون أنه يمكنهم إعادة إنتاج مخرجاتها على جهاز كمبيوتر محمول كلاسيكي. أي دائرة كمومية ذات درجة منخفضة في أحد هذه المقاييس الكمومية الثلاثة تقع في المياه الضحلة قبالة شواطئ جزيرة كلاسيكية، وبالتأكيد لن تكون خوارزمية شور التالية.

قال جوسيت: "في نهاية المطاف، تساعدنا [دراسة المحاكاة الكلاسيكية] على فهم أين يمكن العثور على الميزة الكمية".

لكن كلما أصبح الباحثون أكثر دراية بهذه الطرق الثلاث المختلفة لقياس الكيفية التي يمكن أن تكون بها مجموعة من الكيوبتات، كلما بدا الحلم الأولي المتمثل في العثور على رقم واحد يجسد جميع جوانب الكم أكثر تضليلاً. بالمعنى الحسابي الدقيق، يجب أن يكون لأي دائرة معينة أقصر وقت مطلوب لمحاكاتها باستخدام أسرع الخوارزميات الممكنة. ومع ذلك، فإن التشابك والسحر والسحر الفرميوني مختلفون تمامًا عن بعضهم البعض، لذا فإن احتمال توحيدهم تحت مقياس كمي كبير واحد لحساب أقصر وقت تشغيل على الإطلاق يبدو بعيدًا.

قال جوزا: "لا أعتقد أن هذا السؤال منطقي". "لا يوجد شيء واحد إذا قمت بتجريف المزيد منه، ستحصل على المزيد من القوة."

بدلًا من ذلك، يبدو أن الموارد الكمومية الثلاثة هي من صنع اللغات الرياضية المستخدمة لحشر تعقيد الكم في أطر أبسط. يظهر التشابك كمورد عندما تمارس ميكانيكا الكم بالطريقة التي أوضحها شرودنغر، والتي تستخدم معادلته التي تحمل اسمه للتنبؤ بكيفية تغير الدالة الموجية للجسيم في المستقبل. هذه هي النسخة المدرسية لميكانيكا الكم، لكنها ليست النسخة الوحيدة.

عندما طور جوتسمان طريقته في محاكاة دوائر كليفورد، اعتمد على مجموعة أقدم من ميكانيكا الكم التي طورها فيرنر هايزنبرغ. في لغة هايزنبرغ الرياضية، لا تتغير حالة الجسيمات. وبدلاً من ذلك، فإن "العوامل" - وهي الكائنات الرياضية التي قد تستخدمها للتنبؤ باحتمالات بعض الملاحظات - هي التي تتطور. إن تقييد وجهة نظر المرء بالفرميونات الحرة ينطوي على رؤية ميكانيكا الكم من خلال عدسة رياضية أخرى.

تلتقط كل لغة رياضية ببلاغة جوانب معينة من الحالات الكمومية، ولكن على حساب تشويه بعض الخصائص الكمومية الأخرى. ثم تصبح هذه الخصائص التي تم التعبير عنها بطريقة خرقاء المصدر الكمي في هذا الإطار الرياضي - السحر، والتشابك، والسحر الفرميوني. ويتوقع جوزسا أن التغلب على هذا القيد وتحديد سمة كمومية واحدة للتحكم فيها جميعًا، سيتطلب تعلم جميع اللغات الرياضية الممكنة للتعبير عن ميكانيكا الكم والبحث عن السمات العالمية التي قد يشتركون فيها جميعًا.

هذا ليس اقتراحًا بحثيًا جديًا بشكل خاص، لكن الباحثين يدرسون المزيد من اللغات الكمومية خارج اللغات الثلاث الرئيسية، والموارد الكمومية المقابلة لها. على سبيل المثال، يهتم هسيه بمراحل المادة الكمومية التي تنتج احتمالات سلبية لا معنى لها عند تحليلها بطريقة قياسية. وقد وجد أن هذه السلبية يمكنها تحديد مراحل معينة من المادة تمامًا كما يفعل السحر.

منذ عقود مضت، بدا كما لو أن الإجابة على السؤال حول ما الذي يجعل النظام كميًا كانت واضحة. اليوم، يعرف الباحثون بشكل أفضل. بعد 20 عامًا من استكشاف الجزر الكلاسيكية القليلة الأولى، يشك الكثيرون في أن رحلتهم قد لا تنتهي أبدًا. وحتى مع استمرارهم في تحسين فهمهم للمكان الذي لا توجد فيه القوة الكمومية، فإنهم يعلمون أنهم قد لا يتمكنون أبدًا من تحديد مكانها بدقة.

كوانتا تجري سلسلة من الدراسات الاستقصائية لخدمة جمهورنا بشكل أفضل. خذ خاصتنا مسح قارئ الفيزياء وسيتم إدخالك للفوز مجانا كوانتا بضائع.