در هم تنیدگی کوانتومی و کامپیوترهای کوانتومی
در هم تنيدگي کوانتومي يکي از جالبترين وجه هاي غير کلاسيک مکانيک کوانتومي است که اساس نظريه اطلاع رساني کوانتومي را تشکيل مي دهد. بطور مثال حالتهايي که داراي ماکزيمم در هم تنيد گي هستند، حالتهاي کليدي براي فرابرد کوانتومي به شمار مي روند. لذا با توجه به نقشي که حالتهاي در هم تنيده در نظريه اطلاع رساني کوانتومي ايفا مي کنند، شناسايي و تعيين ميزان در هم تنيدگي حالتهاي کوانتومي نيز اهميت بسزايي دارد و تاکنون سنجه هاي زيادي براي تعيين ميزان در هم تنيدگي آنها معرفي شده است که از ميان آنها مي توان آنتروپي وان نيومن ماتريس چگالي کاهش يافته، در هم تنيدگي تشکيل، تلاقي، آنتروپي نسبي در هم تنيدگي و نگاتيويته را نام برد.
حالا ميتونين متن پايينو روزنامه وار و خلاصه بخونين تا يكمي در هم تنيدگي دستتون بياد! ولي چندتا قسمت آخر رو حتما بخونين جالبه!
"اينشتين" خواستار آن بود كه نظريه‌هاي فيزيكي "موقعيت واقعي بالفعل" را توصيف كند. درك صحيح از مفاهيمي كه وي يك قرن پيش به نقد آنها پرداخت مي‌تواند بهترين سرنخها را در زمينه "واقعيت مستقل از فاعل شناسايي" ارايه دهد. اينشتين در سال ۱۹۰۵كه به عنوان سال معجزه‌آساي زندگي او ناميده شده و صدمين سالگرد نيز آن در سراسر جهان گرامي داشته شد، سه‌مقاله دوران‌ساز عرضه كرد. در نخستين مقاله او اين فرضيه را كه پرتوهاي نور از ذرات كوچكي ساخته شده‌اند (ذراتي كه بعدها فوتون ناميده شدند) مطرح ساخت.
از مضمون مندرج در اين مقاله تصويري بسيار ملموس از واقعيت نور در اذهان شكل گرفت.
چنين به نظر مي‌رسيد كه ذرات تشكيل‌دهنده نور نيز همچون ذرات تشكيل دهنده يك گاز ايده‌ال هستند.
اما اين مقاله در عين حال بن‌مايه انتقادهاي بعدي اينشتين از نظريه مكانيك كوانتومي را نيز در خود داشت.
فيزيكدان آلماني در زندگينامه خويش نوشت كه او مكانيك كوانتومي را با اين چالش روبرو ساخت كه توصيفي از موقعيت واقعي بالفعل يعني واقعيت چنانكه هست ارايه دهد.
اينشتين سه مفهوم اساسي را در نظريه مكانيك كوانتومي مورد چالش قرار داد. اين سه مفهوم عبارت بودند از مفهوم "تصادفي بودن" ،randomnessمفهوم "در هم تنيدگي" entanglementو مفهوم "مكمليت" .complementarity
اين سه مفهوم هسته اصولي را تشكيل مي‌دهند كه فناوريهاي جديد و نوظهور كوانتوم اطلاعات را بوجود مي‌آورند.
از جمله اين فناوريهاي بسيار مهم مي‌توان به "محاسبات كوانتومي و كامپيوترهاي كوانتومي" " ، computation & computers quantumانتقال ماده به نقاط ديگر به شيوه كوانتومي" quantum teleportationو "رمزنگاري كوانتومي" quantum cryptographyاشاره كرد.
در طول چند دهه گذشته و از رهگذر تلاشهاي گسترده فيزيكدانان و فلاسفه علم روشن شده كه ديدگاه اينشتين در نوع انتظاري كه از نظريه كوانتومي داشت و تلقي او از ماهيت واقعيت دقيق نبود. اما پرسشي كه براي محققان مطرح است آن است كه آيا خود آنان مضامين دقيق سه مفهومي را اينشتين مورد چالش قرار داد به درستي فهميده‌اند يا نه؟
كشف اين نكته كه رويدادهاي منفردي كه در عالم رخ مي‌دهند به نحوي علاج‌ناپذير و غيرقابل تحويل و تقليل از ماهيتي تصادفي و رندوم برخوردارند، احتمالا يكي از بزرگترين كشفيات قرن بيستم به شمار مي‌آيد.
تا پيش از اين چنين پنداشته مي‌شد كه رويدادهاي تصادفي صرفا از آن رو تصادفي به نظر مي‌آيند كه اطلاع و دانش ما از همه اطلاعات موجود به آنها كامل و تمام نيست.
به عنوان مثال در حركات تصادفي مولكولهاي ماده كه در درون يك سيال مثلا آب قرار گرفته‌اند و به واسطه تغييرات تصادفي مولكولهاي آب دچار حركتهاي تصادفي مي‌شوند (يعني پديداري كه از آن با عنوان حركت براوني - به افتخار رابرت براون فيزيكدان انگليسي كاشف آن - ياد مي‌شود) مي‌توان حركات اين مواد را به نحو علمي توضيح داد به شرط آنكه حركات همه مولكولهاي آب (يا سيال ديگر) كه اطراف اين مواد را گرفته‌اند دانسته باشد.
به همين علت ورنرهايزنبرگ مي‌گفت كه اين نوع تصادفي بودن، ذهني و سوبژكتيو و ناشي از جهل فاعلان شناسايي است.
اما در مورد رويدادهاي منفردي كه در سطح كوانتومي رخ مي‌دهند نه تنها علت بروز رويداد شناخته و دانسته نيست بلكه اساسا بايد گفت كه براي بروز رويداد علتي وجود ندارد.
زمان استحاله يك ذره راديواكتيو يا مسيري كه به وسيله يك تك فوتون كه به سطح نيمه نقره اندود يك تقسيم‌كننده پرتوهاي نور برخورد كرده، اتخاذ مي‌شود، رويدادهايي هستند كه به نحوي عيني تصادفي و رندوم هستند. ناتواني در پيش بيني وقوع تصادفي بودن آنها به اين يا ان شكل خاص ناشي از عدم اطلاع فاعلان شناسايي نيست.
هيچ عاملي در جهان مادي وجود ندارد كه نوع وقوع خاص اين قبيل تك رويدادها را معين سازد.
يك نمونه ديگر از اين نوع تك رويدادها جهشهاي تصادفي و رندوم در ساختار ژنتيك موجودات زنده است. به اين ترتيب درس بزرگي كه از اين شناخت بنيادين حاصل مي‌شود آن است كه كيهاني كه در آن زندگي مي‌كنيم برخلاف آنچه كه جبرگرايان قرون پيشين و قائلان به نظريه‌هاي حتميت انگارانه مي‌پنداشتند يا ادعا مي‌كردند، كيهاني باز و غيربسته و نامتعين است.
اما درس عجيب‌تري كه از مفاهيم اساسي نظريه كوانتومي مي‌توان آموخت، مربوط به مفهوم "درهم تنيدگي" است. اين همان مفهومي است كه اينشتين به طنز و از سر تمسخر آن را خاصيت "شبح‌وار و عجيب و غريب" spookyناميد.
بر مبناي اين مفهوم، دو ذره كوانتومي كه در حالت درهم تنيدگي قرار داشته باشند از چنان خاصيتي برخوردارند كه حتي اگر فاصله ميان انها به اندازه فاصله ميان "جابلقا و جابلسا" باشد، انگاه با انجام اندازه‌گيري روي يكي از دو ذره، همه اطلاعات مربوط به خواص فيزيك ذره دوم نيز بلافاصله آشكار مي‌شود ولو آنكه براي انتقال پيام ميان اين دو ذره به ميليونها سال نوري زمان نياز باشد.
فيزيكدانان موفق شده‌اند در آزمايشهايي كه درخصوص اين مفهوم انجام داده‌اند مدعاي آن را در مورد ذراتي كه تا ۱۰۰كيلومتر از هم فاصله دارند مورد تاييد قرار دهند.
نكته حيرت‌انگيزي كه از رهگذر اين مفهوم ظاهر مي‌شود آن است كه چگونه ممكن است دو ذره كوانتومي كه هر يك به تنهايي رفتاري كاملا تصادفي دارند، اينگونه با دقت به يكديگر مرتبط باشند.
جان بل فيزيكدان سرشناس ايرلندي نشان داد كه پيش بينيهاي نظريه مكانيك كوانتومي در خصوص خاصيت "درهم تنيدگي" با آنچه كه فلاسفه و فيزيكدانان از آن با عنوان "رئاليسم موضعي" local realismياد مي‌كنند تعارض دارد.
دو اصل اساسي اين نوع رئاليسم آن است كه شواهد تجربي حكايت از آن دارد كه (الف) هر خاصيت فيزيكي كه در يك پديدار مشاهده مي‌كنيم بينه‌اي است داير بر وجود واقعيتي مستقل از فاعل شناسايي و (ب) اين خاصيت مستقل از نوع عملي است كه ما (به صورت مثلا اندازه‌گيري همزمان آن در دو نقطه دور از هم) به انجام مي‌رسانيم.
اما فلاسفه علم و فيزيكدانان اكنون به اين نتيجه رسيده‌اند كه يكي از درسهايي كه بايد از نظريه مكانيك كوانتومي گرفت آن است كه لازم است در مفهوم "رئاليسم موضعي" بازنگري شود.
آنچه كه مويد اين رويكرد جديد است يك موضع متناقض نما است كه به پارادوكس كوشن-اسپكر Kochen-Specker paradoxشهرت يافته است.
براساس اين پارادوكس، حتي براي تك ذره‌هاي كوانتومي نيز همواره ممكن نيست بتوان نتايج دقيق و معيني براي اندازهگيريهايي در مورد خواص اين ذرات انجام مي‌شود، ارايه داد.
نتايجي كه مستقل از انتخاب پيشيني نوع خاص دستگاههاي اندازه‌گيري در يك آزمايش معين باشد. به عنوان مثال، در بررسي رفتار نور، انتخاب يك نوع خاص از دستگاههاي اندازه‌گيري منجر به آن مي‌شود كه نور به صورت توده‌اي از ذرات (فوتونها) اثر خود را ظاهر سازد.
در حاليكه انتخاب يك نوع ديگر از دستگاههاي اندازه‌گيري سبب مي‌شود تا همين پرتو نور در هيات يك موج بهم پيوسته آثار خويش را آشكار كند.
نقد ديگري از ديدگاه "رئاليسم موضعي" از اصلي كه بور آن را اصل مكمليت ناميد سر بر مي‌آورد.
چنين نيست كه ما، به واسطه محدوديتهاي ادراكي خود، از تعيين همزمان دو مجموعه از خاصيت‌هاي "مكمل" يك ذره كوانتومي ، مانند موقعيت و مومنتوم (اندازه حركت آن) عاجز باشيم به عكس اين فرض كه اين قبيل ذرات كوانتومي پيش از آنكه اندازه‌گيري بر روي آنها انجام شود داراي موقعيت و اندازه حركت دقيق هستند، فرض نادرستي است.
انتخاب نوع دستگاهي كه براي اندازه‌گيري به كار مي‌گيريم در اين خصوص كه كدام تك زوج يك از اين دو زوجي‌هاي مكمل "واقعيت" پيدا مي‌كند، نقش بازي مي‌كند.
با اين تفاصيل مي‌توان سوال كرد كه پيام نظريه كوانتومي چيست؟ به اعتقاد برخي از فلاسفه علم و فيزيكدانان يك مضمون اين پيام آن است كه ما از منظري نو به مساله و موقعيتي كه پيش رويمان قرار دارد نظر كنيم.
تاريخ فيزيك و تاريخ انديشه اين نكته را به انديشمندان آموخته كه نبايد تمايزهايي را كه داراي بنيادي واقعي نيستند به كار گرفت. يك نمونه اين تمايزهاي غيرواقعي تمايزي بود كه ارسطوئيان و بطلميوسيان ميان قوانيني كه در كره زمين ( جهان تحت القمر) صادق بود و قوانين سماوات برقرار كرده بودند.
در فهم پيام نظريه كوانتوم، كساني از فيزيكدانان و فلاسفه در مسيري درست عكس جهتي كه اينشتين در پيش گرفته بود سير كرده‌اند و از "رئاليسم خامي" كه اينشتين بر آن اصرار مي‌ورزيد به ورطه ضدرئاليسم و ايده‌اليسم افتاده‌اند و چنين انگاشته‌اند كه واقعيت يكسره برساخته سيستمهاي مفهومي افراد است و وجودي مستقل از آزمايشگران يا فاعلان شناسايي ندارد.
اما به نظر مي‌رسد كه مي‌توان ميان اين دو موضع افراطي و تفريطي موضعي سنجيده اتخاذ كرد كه در آن بر نوعي رئاليسم پخته و غير افراطي تاكيد مي‌شود و در عين حال نقش دانش و اطلاعات فاعل شناسايي در درك اين واقعيت را نيز مورد توجه قرار مي‌دهد.
بر مبناي اين رهيافت ميان واقعيت، و دانش و اطلاع فاعلان شناسايي، رابطه‌اي نزديك وجود دارد كه فهم آن براي شناخت دقيق تر و صحيح‌تر واقعيت ضروري است.
برپايه اين ديدگاه، نوع اطلاع فاعلان شناسايي و چشم‌اندازهاي معرفتي و جهان معنايي آنان در گزينش بخشهايي از واقعيت كه در دسترس آنان قرار مي‌گيرد نقش ايفا مي‌كند.
اين نكته را مي‌توان با توجه به سه مفهومي كه اينشتين در مورد نظريه كوانتومي مورد نقد قرار داد بهتر درك كرد.
اين فرض دور از واقع نيست كه بپذيريم ميزان اطلاعي كه به وسيله يك سيستم كوانتومي ارايه مي‌شود با ابعاد آن تناظر دارد. براين اساس تصادفي بودن يك تك رويداد كوانتومي نتيجه مستقيم اين واقعيت است كه در مورد اين نوع سيستمهاي تا اين اندازه كوچك، ميزان اطلاعات موجود براي توصيف همه حالات بعدي آنها قبل از انجام آزمايش و كاربرد اندازه‌گيري (به منظور كسب اطلاعات بيشتر) امكان پذير نيست.
همين نكته عينا در مورد اصل مكمليت صدق مي‌كند. از اين اصل اينگونه نتيجه‌گيري مي‌شود كه اطلاعات موجود در مورد تك سيستمهاي كوانتومي تنها براي توصيف مشخصه‌هايي از سيستم كه به صورت زوجهاي مكمل ظاهر مي‌شوند كفايت مي‌كند.
به بيان دقيق‌تر با اين ميزان اطلاع تنها مي‌توان نتايج يكي از يك مجموعه از اندازه‌گيريهاي متقابلا مكمل complementary mutuallyرا مشخص ساخت.
مفهوم درهم تنيدگي نيز بيانگر اين نكته است كه اطلاعات محدود و متناهي موجود براي توصيف دو (يا چند) سيستم درهم تنيده را يا مي‌توان براي تعريف مشخصه‌هاي تك سيستمها به كار گرفت (نظير آنچه كه در فيزيك كلاسيك انجام مي‌شود) و يا با استفاده از آن نتايج مشاهدات و اندازهگيريهايي را كه مشتركا از سيستمهاي دوگانه يا چندگانه حاصل مي‌شود.
به اين ترتيب آزمايشگر با انتخاب دستگاه آزمايش مي‌تواند مشخص كند كه كدام كيفيت از يك مجموعه از امكانات، در جريان اندازه‌گيري، به واقعيت تبديل شود اما نتيجه اين اندازه‌گيري منفرد همچنان به نحو رندوم و تصادفي عيني باقي مي‌ماند.
علت اين امر نيز همان محدود و متناهي بودن ميزان اطلاعات است. به اين ترتيب به نظر مي‌رسد همين تصادفي بودن يك تك رويداد، قوي‌ترين بينه در اين زمينه است كه واقعيتي مستقل از ما موجود است. شايد اينشتين مي‌توانست با اين تفسير همدلي كند.
...........................
مخابرات کوانتومی
در يک سيستم مخابرات کوانتومی، اطلاعات کوانتومی از يک نقطه به نقطه‌ای ديگر ارسال می‌گردند. توزيع و کنترل درهم‌تنيدگی در مقياس جهانی از ملزومات مخابرات کوانتومی راه دور است. هم‌اکنون تنها سيستم کوانتومی مناسب برای مخابرات کوانتومی راه دور فوتونها هستند. يکی از مشکلات طرح‌های مبتنی بر فوتون، تلفات فوتون و پديده ناهمدوسی در کانال کوانتومی است. اين موضوع فاصله قابل عبور برای تک فوتون را به حدود چند ده کيلومتر در فيبرهای سيليکايی محدود می‌کند. اين مشکل را می‌توان با تقسيم فواصل طولانی به فواصل کوتاه‌تر بر طرف کرد، به طوری که بتوان درهم‌تنيدگی را در اين فواصل کوتاه‌تر حفظ کرد. سيستمی که اين وظيفه را به عهده دارد، تکرارکننده کوانتومی ناميده می‌شود
.................................
اينم يه توضيح كوتاه ولي خيلي جالب راجع به رايانه هاي كوانتومي!
رایانه کوانتومی وسیله‌ای محاسباتی است که از پدیده‌های مکانیک کوانتومی مانند برهمنهش کوانتومی و درهمتنیدگی کوانتومی برای پردازش داده‌ها استفاده می‌کند.
فناوری کوانتومی ابزاری در نسل پنجم رایانه‌ها هستند. رایانش (محاسبه) کوانتومی و ملکولی و نانو به صورت اساسی چهره رایانه‌ها را در سال‌های آتی تغییر خواهد داد.
تاریخچه
دیوید دویچ ، فیزیکدانی از دانشگاه آکسفورد در سال ۱۹۸۵ اولین طرح کامپیوتر کوانتومی را نوشت.
نخستین رایانش کوانتومی توسط پژوهشگران دانشگاه کوئینزلند در سال ۲۰۰۸ انجام شد. این پژوهشگران توانستند عامل‌های اول عدد ۱۵ را محاسبه کنند.
بیت‌ها و کوبیت‌ها
کوبیت مخفف کوانتوم-بیت است. در‌حالی‌که در کامپیوترهای دیجیتال، بیت‌های اطلاعات به صفر و یک محدود می‌شوند، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با مهار قوانین فیزیک کوانتومی از کوبیت‌ها برای پردازش داده‌ها بهره گیرند. کوبیت‌ها برخلاف بیت‌های معمولی می‌توانند در هر زمان بیانگر بیش از یک عدد باشند. کارشناسان رایانه چندین سال پیش دریافتند که نشان دادن همزمان چند مقدار عددی می‌تواند زمان لازم برای حل مسایل عددی را از چند سال به چند دقیقه کاهش دهد ولی تاکنون کسی نتوانسته است بیش از یک مشت کوبیت را در یک لحظه اداره کند. فناوری رایانه کوانتومی هنوز در آغاز راه است.
یک بیت مانند سکه‌ای است که پشت و رو دارد اما یک کیوبیت همانند سکه‌ای است که پشت و رو دارد، اما علاوه بر این دو حالت، می‌تواند همزمان به صورت پشت و رو و یا هر حالت بینابینی قرار بگیرد. این امر برای بیت‌های معمول غیرممکن است، اما یک بیت می‌تواند در دو حالت، دو بیت در چهار حالت، سه بیت در هشت حالت، و... قرار بگیرند. اندازه حافظه کوانتومی به صورت نمایی با تعداد کیوبیت‌ها افزایش می‌یابد.
قدرت کوبیت‌ها در محاسبات رایانه‌ای
محاسبات کوانتومی از پدیدهای به نام درهم تنیدگی بهره می‌گیرد. وقتی دو یا چند کوبیت در هم‌تنیده باشند، ویژگی‌های کوانتومی آنها به هم متصل است: دو کوبیت می‌توانند چنان دستکاری شوند که وقتی اندازه یکی یک باشد، اندازه دیگری باید صفر شود؛ یا ممکن است طوری دستکاری شوند که مجبور باشند مقدار یکسانی داشته باشند. با استفاده از درهمتنیدگی و برهم‌نهی، یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند تعداد بسیار زیادی از محاسبات را به یکباره اجرا کند. تنها با چندصد کوبیت درهم‌تنیده، بازنمایی همزمان اعدادی بیشتر از تعداد اتم‌های موجود در جهان امکان‌پذیر می‌شود.
انواع کوبیت‌ها
پژوهشگران ایده‌های زیادی برای ساخت کامپیوتر کوانتومی دارند و الگوریتم‌های ساده‌ای را بر روی نسخه‌های اولیه آن اجرا کرده‌اند. برخی از سطوح انرژی یون‌های به‌دام‌افتاده در میدان‌های، الکتریکی به عنوان صفر و یک‌های کوانتومی استفاده کرده‌اند. دیگران در پلاریزاسیون فوتونها به دنبال کوبیت‌ها گشته‌اند. اما هنوز برخی دیگر، از اسپین‌های کوانتومی درون مولکول‌های کلروفرم و اسپین‌های الکترون درون نانوکریستال‌ها که به عنوان نقطه‌های کوانتومی شناخته می‌شوند، استفاده می‌کنند. منشا کوبیت‌ها هرچه که باشد، همیشه مشکل یکسانی به میان می‌آید: انجام محاسبات هنگام حفظ کردن درهمتنیدگی، به طور باورنکردنی دشوار است.
حالا ميتونين متن پايينو روزنامه وار و خلاصه بخونين تا يكمي در هم تنيدگي دستتون بياد! ولي چندتا قسمت آخر رو حتما بخونين جالبه!
"اينشتين" خواستار آن بود كه نظريه‌هاي فيزيكي "موقعيت واقعي بالفعل" را توصيف كند. درك صحيح از مفاهيمي كه وي يك قرن پيش به نقد آنها پرداخت مي‌تواند بهترين سرنخها را در زمينه "واقعيت مستقل از فاعل شناسايي" ارايه دهد. اينشتين در سال ۱۹۰۵كه به عنوان سال معجزه‌آساي زندگي او ناميده شده و صدمين سالگرد نيز آن در سراسر جهان گرامي داشته شد، سه‌مقاله دوران‌ساز عرضه كرد. در نخستين مقاله او اين فرضيه را كه پرتوهاي نور از ذرات كوچكي ساخته شده‌اند (ذراتي كه بعدها فوتون ناميده شدند) مطرح ساخت.
از مضمون مندرج در اين مقاله تصويري بسيار ملموس از واقعيت نور در اذهان شكل گرفت.
چنين به نظر مي‌رسيد كه ذرات تشكيل‌دهنده نور نيز همچون ذرات تشكيل دهنده يك گاز ايده‌ال هستند.
اما اين مقاله در عين حال بن‌مايه انتقادهاي بعدي اينشتين از نظريه مكانيك كوانتومي را نيز در خود داشت.
فيزيكدان آلماني در زندگينامه خويش نوشت كه او مكانيك كوانتومي را با اين چالش روبرو ساخت كه توصيفي از موقعيت واقعي بالفعل يعني واقعيت چنانكه هست ارايه دهد.
اينشتين سه مفهوم اساسي را در نظريه مكانيك كوانتومي مورد چالش قرار داد. اين سه مفهوم عبارت بودند از مفهوم "تصادفي بودن" ،randomnessمفهوم "در هم تنيدگي" entanglementو مفهوم "مكمليت" .complementarity
اين سه مفهوم هسته اصولي را تشكيل مي‌دهند كه فناوريهاي جديد و نوظهور كوانتوم اطلاعات را بوجود مي‌آورند.
از جمله اين فناوريهاي بسيار مهم مي‌توان به "محاسبات كوانتومي و كامپيوترهاي كوانتومي" " ، computation & computers quantumانتقال ماده به نقاط ديگر به شيوه كوانتومي" quantum teleportationو "رمزنگاري كوانتومي" quantum cryptographyاشاره كرد.
در طول چند دهه گذشته و از رهگذر تلاشهاي گسترده فيزيكدانان و فلاسفه علم روشن شده كه ديدگاه اينشتين در نوع انتظاري كه از نظريه كوانتومي داشت و تلقي او از ماهيت واقعيت دقيق نبود. اما پرسشي كه براي محققان مطرح است آن است كه آيا خود آنان مضامين دقيق سه مفهومي را اينشتين مورد چالش قرار داد به درستي فهميده‌اند يا نه؟
كشف اين نكته كه رويدادهاي منفردي كه در عالم رخ مي‌دهند به نحوي علاج‌ناپذير و غيرقابل تحويل و تقليل از ماهيتي تصادفي و رندوم برخوردارند، احتمالا يكي از بزرگترين كشفيات قرن بيستم به شمار مي‌آيد.
تا پيش از اين چنين پنداشته مي‌شد كه رويدادهاي تصادفي صرفا از آن رو تصادفي به نظر مي‌آيند كه اطلاع و دانش ما از همه اطلاعات موجود به آنها كامل و تمام نيست.
به عنوان مثال در حركات تصادفي مولكولهاي ماده كه در درون يك سيال مثلا آب قرار گرفته‌اند و به واسطه تغييرات تصادفي مولكولهاي آب دچار حركتهاي تصادفي مي‌شوند (يعني پديداري كه از آن با عنوان حركت براوني - به افتخار رابرت براون فيزيكدان انگليسي كاشف آن - ياد مي‌شود) مي‌توان حركات اين مواد را به نحو علمي توضيح داد به شرط آنكه حركات همه مولكولهاي آب (يا سيال ديگر) كه اطراف اين مواد را گرفته‌اند دانسته باشد.
به همين علت ورنرهايزنبرگ مي‌گفت كه اين نوع تصادفي بودن، ذهني و سوبژكتيو و ناشي از جهل فاعلان شناسايي است.
اما در مورد رويدادهاي منفردي كه در سطح كوانتومي رخ مي‌دهند نه تنها علت بروز رويداد شناخته و دانسته نيست بلكه اساسا بايد گفت كه براي بروز رويداد علتي وجود ندارد.
زمان استحاله يك ذره راديواكتيو يا مسيري كه به وسيله يك تك فوتون كه به سطح نيمه نقره اندود يك تقسيم‌كننده پرتوهاي نور برخورد كرده، اتخاذ مي‌شود، رويدادهايي هستند كه به نحوي عيني تصادفي و رندوم هستند. ناتواني در پيش بيني وقوع تصادفي بودن آنها به اين يا ان شكل خاص ناشي از عدم اطلاع فاعلان شناسايي نيست.
هيچ عاملي در جهان مادي وجود ندارد كه نوع وقوع خاص اين قبيل تك رويدادها را معين سازد.
يك نمونه ديگر از اين نوع تك رويدادها جهشهاي تصادفي و رندوم در ساختار ژنتيك موجودات زنده است. به اين ترتيب درس بزرگي كه از اين شناخت بنيادين حاصل مي‌شود آن است كه كيهاني كه در آن زندگي مي‌كنيم برخلاف آنچه كه جبرگرايان قرون پيشين و قائلان به نظريه‌هاي حتميت انگارانه مي‌پنداشتند يا ادعا مي‌كردند، كيهاني باز و غيربسته و نامتعين است.
اما درس عجيب‌تري كه از مفاهيم اساسي نظريه كوانتومي مي‌توان آموخت، مربوط به مفهوم "درهم تنيدگي" است. اين همان مفهومي است كه اينشتين به طنز و از سر تمسخر آن را خاصيت "شبح‌وار و عجيب و غريب" spookyناميد.
بر مبناي اين مفهوم، دو ذره كوانتومي كه در حالت درهم تنيدگي قرار داشته باشند از چنان خاصيتي برخوردارند كه حتي اگر فاصله ميان انها به اندازه فاصله ميان "جابلقا و جابلسا" باشد، انگاه با انجام اندازه‌گيري روي يكي از دو ذره، همه اطلاعات مربوط به خواص فيزيك ذره دوم نيز بلافاصله آشكار مي‌شود ولو آنكه براي انتقال پيام ميان اين دو ذره به ميليونها سال نوري زمان نياز باشد.
فيزيكدانان موفق شده‌اند در آزمايشهايي كه درخصوص اين مفهوم انجام داده‌اند مدعاي آن را در مورد ذراتي كه تا ۱۰۰كيلومتر از هم فاصله دارند مورد تاييد قرار دهند.
نكته حيرت‌انگيزي كه از رهگذر اين مفهوم ظاهر مي‌شود آن است كه چگونه ممكن است دو ذره كوانتومي كه هر يك به تنهايي رفتاري كاملا تصادفي دارند، اينگونه با دقت به يكديگر مرتبط باشند.
جان بل فيزيكدان سرشناس ايرلندي نشان داد كه پيش بينيهاي نظريه مكانيك كوانتومي در خصوص خاصيت "درهم تنيدگي" با آنچه كه فلاسفه و فيزيكدانان از آن با عنوان "رئاليسم موضعي" local realismياد مي‌كنند تعارض دارد.
دو اصل اساسي اين نوع رئاليسم آن است كه شواهد تجربي حكايت از آن دارد كه (الف) هر خاصيت فيزيكي كه در يك پديدار مشاهده مي‌كنيم بينه‌اي است داير بر وجود واقعيتي مستقل از فاعل شناسايي و (ب) اين خاصيت مستقل از نوع عملي است كه ما (به صورت مثلا اندازه‌گيري همزمان آن در دو نقطه دور از هم) به انجام مي‌رسانيم.
اما فلاسفه علم و فيزيكدانان اكنون به اين نتيجه رسيده‌اند كه يكي از درسهايي كه بايد از نظريه مكانيك كوانتومي گرفت آن است كه لازم است در مفهوم "رئاليسم موضعي" بازنگري شود.
آنچه كه مويد اين رويكرد جديد است يك موضع متناقض نما است كه به پارادوكس كوشن-اسپكر Kochen-Specker paradoxشهرت يافته است.
براساس اين پارادوكس، حتي براي تك ذره‌هاي كوانتومي نيز همواره ممكن نيست بتوان نتايج دقيق و معيني براي اندازهگيريهايي در مورد خواص اين ذرات انجام مي‌شود، ارايه داد.
نتايجي كه مستقل از انتخاب پيشيني نوع خاص دستگاههاي اندازه‌گيري در يك آزمايش معين باشد. به عنوان مثال، در بررسي رفتار نور، انتخاب يك نوع خاص از دستگاههاي اندازه‌گيري منجر به آن مي‌شود كه نور به صورت توده‌اي از ذرات (فوتونها) اثر خود را ظاهر سازد.
در حاليكه انتخاب يك نوع ديگر از دستگاههاي اندازه‌گيري سبب مي‌شود تا همين پرتو نور در هيات يك موج بهم پيوسته آثار خويش را آشكار كند.
نقد ديگري از ديدگاه "رئاليسم موضعي" از اصلي كه بور آن را اصل مكمليت ناميد سر بر مي‌آورد.
چنين نيست كه ما، به واسطه محدوديتهاي ادراكي خود، از تعيين همزمان دو مجموعه از خاصيت‌هاي "مكمل" يك ذره كوانتومي ، مانند موقعيت و مومنتوم (اندازه حركت آن) عاجز باشيم به عكس اين فرض كه اين قبيل ذرات كوانتومي پيش از آنكه اندازه‌گيري بر روي آنها انجام شود داراي موقعيت و اندازه حركت دقيق هستند، فرض نادرستي است.
انتخاب نوع دستگاهي كه براي اندازه‌گيري به كار مي‌گيريم در اين خصوص كه كدام تك زوج يك از اين دو زوجي‌هاي مكمل "واقعيت" پيدا مي‌كند، نقش بازي مي‌كند.
با اين تفاصيل مي‌توان سوال كرد كه پيام نظريه كوانتومي چيست؟ به اعتقاد برخي از فلاسفه علم و فيزيكدانان يك مضمون اين پيام آن است كه ما از منظري نو به مساله و موقعيتي كه پيش رويمان قرار دارد نظر كنيم.
تاريخ فيزيك و تاريخ انديشه اين نكته را به انديشمندان آموخته كه نبايد تمايزهايي را كه داراي بنيادي واقعي نيستند به كار گرفت. يك نمونه اين تمايزهاي غيرواقعي تمايزي بود كه ارسطوئيان و بطلميوسيان ميان قوانيني كه در كره زمين ( جهان تحت القمر) صادق بود و قوانين سماوات برقرار كرده بودند.
در فهم پيام نظريه كوانتوم، كساني از فيزيكدانان و فلاسفه در مسيري درست عكس جهتي كه اينشتين در پيش گرفته بود سير كرده‌اند و از "رئاليسم خامي" كه اينشتين بر آن اصرار مي‌ورزيد به ورطه ضدرئاليسم و ايده‌اليسم افتاده‌اند و چنين انگاشته‌اند كه واقعيت يكسره برساخته سيستمهاي مفهومي افراد است و وجودي مستقل از آزمايشگران يا فاعلان شناسايي ندارد.
اما به نظر مي‌رسد كه مي‌توان ميان اين دو موضع افراطي و تفريطي موضعي سنجيده اتخاذ كرد كه در آن بر نوعي رئاليسم پخته و غير افراطي تاكيد مي‌شود و در عين حال نقش دانش و اطلاعات فاعل شناسايي در درك اين واقعيت را نيز مورد توجه قرار مي‌دهد.
بر مبناي اين رهيافت ميان واقعيت، و دانش و اطلاع فاعلان شناسايي، رابطه‌اي نزديك وجود دارد كه فهم آن براي شناخت دقيق تر و صحيح‌تر واقعيت ضروري است.
برپايه اين ديدگاه، نوع اطلاع فاعلان شناسايي و چشم‌اندازهاي معرفتي و جهان معنايي آنان در گزينش بخشهايي از واقعيت كه در دسترس آنان قرار مي‌گيرد نقش ايفا مي‌كند.
اين نكته را مي‌توان با توجه به سه مفهومي كه اينشتين در مورد نظريه كوانتومي مورد نقد قرار داد بهتر درك كرد.
اين فرض دور از واقع نيست كه بپذيريم ميزان اطلاعي كه به وسيله يك سيستم كوانتومي ارايه مي‌شود با ابعاد آن تناظر دارد. براين اساس تصادفي بودن يك تك رويداد كوانتومي نتيجه مستقيم اين واقعيت است كه در مورد اين نوع سيستمهاي تا اين اندازه كوچك، ميزان اطلاعات موجود براي توصيف همه حالات بعدي آنها قبل از انجام آزمايش و كاربرد اندازه‌گيري (به منظور كسب اطلاعات بيشتر) امكان پذير نيست.
همين نكته عينا در مورد اصل مكمليت صدق مي‌كند. از اين اصل اينگونه نتيجه‌گيري مي‌شود كه اطلاعات موجود در مورد تك سيستمهاي كوانتومي تنها براي توصيف مشخصه‌هايي از سيستم كه به صورت زوجهاي مكمل ظاهر مي‌شوند كفايت مي‌كند.
به بيان دقيق‌تر با اين ميزان اطلاع تنها مي‌توان نتايج يكي از يك مجموعه از اندازه‌گيريهاي متقابلا مكمل complementary mutuallyرا مشخص ساخت.
مفهوم درهم تنيدگي نيز بيانگر اين نكته است كه اطلاعات محدود و متناهي موجود براي توصيف دو (يا چند) سيستم درهم تنيده را يا مي‌توان براي تعريف مشخصه‌هاي تك سيستمها به كار گرفت (نظير آنچه كه در فيزيك كلاسيك انجام مي‌شود) و يا با استفاده از آن نتايج مشاهدات و اندازهگيريهايي را كه مشتركا از سيستمهاي دوگانه يا چندگانه حاصل مي‌شود.
به اين ترتيب آزمايشگر با انتخاب دستگاه آزمايش مي‌تواند مشخص كند كه كدام كيفيت از يك مجموعه از امكانات، در جريان اندازه‌گيري، به واقعيت تبديل شود اما نتيجه اين اندازه‌گيري منفرد همچنان به نحو رندوم و تصادفي عيني باقي مي‌ماند.
علت اين امر نيز همان محدود و متناهي بودن ميزان اطلاعات است. به اين ترتيب به نظر مي‌رسد همين تصادفي بودن يك تك رويداد، قوي‌ترين بينه در اين زمينه است كه واقعيتي مستقل از ما موجود است. شايد اينشتين مي‌توانست با اين تفسير همدلي كند.
...........................
مخابرات کوانتومی
در يک سيستم مخابرات کوانتومی، اطلاعات کوانتومی از يک نقطه به نقطه‌ای ديگر ارسال می‌گردند. توزيع و کنترل درهم‌تنيدگی در مقياس جهانی از ملزومات مخابرات کوانتومی راه دور است. هم‌اکنون تنها سيستم کوانتومی مناسب برای مخابرات کوانتومی راه دور فوتونها هستند. يکی از مشکلات طرح‌های مبتنی بر فوتون، تلفات فوتون و پديده ناهمدوسی در کانال کوانتومی است. اين موضوع فاصله قابل عبور برای تک فوتون را به حدود چند ده کيلومتر در فيبرهای سيليکايی محدود می‌کند. اين مشکل را می‌توان با تقسيم فواصل طولانی به فواصل کوتاه‌تر بر طرف کرد، به طوری که بتوان درهم‌تنيدگی را در اين فواصل کوتاه‌تر حفظ کرد. سيستمی که اين وظيفه را به عهده دارد، تکرارکننده کوانتومی ناميده می‌شود
.................................
اينم يه توضيح كوتاه ولي خيلي جالب راجع به رايانه هاي كوانتومي!
رایانه کوانتومی وسیله‌ای محاسباتی است که از پدیده‌های مکانیک کوانتومی مانند برهمنهش کوانتومی و درهمتنیدگی کوانتومی برای پردازش داده‌ها استفاده می‌کند.
فناوری کوانتومی ابزاری در نسل پنجم رایانه‌ها هستند. رایانش (محاسبه) کوانتومی و ملکولی و نانو به صورت اساسی چهره رایانه‌ها را در سال‌های آتی تغییر خواهد داد.
تاریخچه
دیوید دویچ ، فیزیکدانی از دانشگاه آکسفورد در سال ۱۹۸۵ اولین طرح کامپیوتر کوانتومی را نوشت.
نخستین رایانش کوانتومی توسط پژوهشگران دانشگاه کوئینزلند در سال ۲۰۰۸ انجام شد. این پژوهشگران توانستند عامل‌های اول عدد ۱۵ را محاسبه کنند.
بیت‌ها و کوبیت‌ها
کوبیت مخفف کوانتوم-بیت است. در‌حالی‌که در کامپیوترهای دیجیتال، بیت‌های اطلاعات به صفر و یک محدود می‌شوند، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با مهار قوانین فیزیک کوانتومی از کوبیت‌ها برای پردازش داده‌ها بهره گیرند. کوبیت‌ها برخلاف بیت‌های معمولی می‌توانند در هر زمان بیانگر بیش از یک عدد باشند. کارشناسان رایانه چندین سال پیش دریافتند که نشان دادن همزمان چند مقدار عددی می‌تواند زمان لازم برای حل مسایل عددی را از چند سال به چند دقیقه کاهش دهد ولی تاکنون کسی نتوانسته است بیش از یک مشت کوبیت را در یک لحظه اداره کند. فناوری رایانه کوانتومی هنوز در آغاز راه است.
یک بیت مانند سکه‌ای است که پشت و رو دارد اما یک کیوبیت همانند سکه‌ای است که پشت و رو دارد، اما علاوه بر این دو حالت، می‌تواند همزمان به صورت پشت و رو و یا هر حالت بینابینی قرار بگیرد. این امر برای بیت‌های معمول غیرممکن است، اما یک بیت می‌تواند در دو حالت، دو بیت در چهار حالت، سه بیت در هشت حالت، و... قرار بگیرند. اندازه حافظه کوانتومی به صورت نمایی با تعداد کیوبیت‌ها افزایش می‌یابد.
قدرت کوبیت‌ها در محاسبات رایانه‌ای
محاسبات کوانتومی از پدیدهای به نام درهم تنیدگی بهره می‌گیرد. وقتی دو یا چند کوبیت در هم‌تنیده باشند، ویژگی‌های کوانتومی آنها به هم متصل است: دو کوبیت می‌توانند چنان دستکاری شوند که وقتی اندازه یکی یک باشد، اندازه دیگری باید صفر شود؛ یا ممکن است طوری دستکاری شوند که مجبور باشند مقدار یکسانی داشته باشند. با استفاده از درهمتنیدگی و برهم‌نهی، یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند تعداد بسیار زیادی از محاسبات را به یکباره اجرا کند. تنها با چندصد کوبیت درهم‌تنیده، بازنمایی همزمان اعدادی بیشتر از تعداد اتم‌های موجود در جهان امکان‌پذیر می‌شود.
انواع کوبیت‌ها
پژوهشگران ایده‌های زیادی برای ساخت کامپیوتر کوانتومی دارند و الگوریتم‌های ساده‌ای را بر روی نسخه‌های اولیه آن اجرا کرده‌اند. برخی از سطوح انرژی یون‌های به‌دام‌افتاده در میدان‌های، الکتریکی به عنوان صفر و یک‌های کوانتومی استفاده کرده‌اند. دیگران در پلاریزاسیون فوتونها به دنبال کوبیت‌ها گشته‌اند. اما هنوز برخی دیگر، از اسپین‌های کوانتومی درون مولکول‌های کلروفرم و اسپین‌های الکترون درون نانوکریستال‌ها که به عنوان نقطه‌های کوانتومی شناخته می‌شوند، استفاده می‌کنند. منشا کوبیت‌ها هرچه که باشد، همیشه مشکل یکسانی به میان می‌آید: انجام محاسبات هنگام حفظ کردن درهمتنیدگی، به طور باورنکردنی دشوار است.
+ نوشته شده در ساعت توسط کوثری
|