القياس يغيّر كل شيء
الدرس 3 من 23 في دورة «الكم». مجاني، مع رسوم متحركة واختبار.
القياس يعطي جوابًا واحدًا
قبل القياس تكون للجسيم سعات لنتائج مختلفة. لحظة القياس تظهر نتيجة واحدة بالضبط، عشوائيًا، باحتمال «مربع السعة». والأهم: بعدها تتغير الحالة. إذا ظهر 0 فالجسيم الآن 0 فقط، وإعادة القياس تعطي 0 مجددًا. اختفت سعات الخيارات الأخرى. يسمي الفيزيائيون ذلك «الانهيار». وبالنسبة للكيوبتات يعني ذلك: يجب إعداد الحساب بحيث يظهر الجواب الصحيح في كل مرة تقريبًا.
عشوائية لا يمكن اختراقها
الأرقام العشوائية في الحاسوب العادي تحسبها معادلة. إذا عرفت الرقم الأول تكرر السلسلة كلها، لذلك تسمى «شبه عشوائية». أما القياس الكمي فيعطي عشوائية بلا معادلة: لا أحد يعرف النتيجة، ولا حتى الطبيعة مسبقًا. في 2020 أطلقت Samsung هاتف Galaxy A Quantum بمولّد أرقام عشوائية كمي لحماية البيانات. وفي 2025 حصلت Quantinuum وبنك JPMorgan على حاسوب كمي على أرقام عشوائية مع برهان رياضي أن أحدًا لم يزيّفها.
جرّب في البيت: نظارة وشاشة
نظارات الاستقطاب تمرر فقط الضوء الذي يهتز في اتجاه واحد. وكثير من الشاشات، خاصة شاشات LCD، تصدر هذا النوع من الضوء تحديدًا. ارتدِ النظارة وأمِل رأسك: عند زاوية ما تُظلم الشاشة. والآن خدعة الفيزيائيين: مرشحان متعامدان لا يمرّران شيئًا. ضع بينهما ثالثًا بزاوية 45° فيعود الضوء للمرور، نحو 12.5%. مرشح إضافي زاد الضوء! كل مرشح قياس، والقياس يغيّر حالة الضوء.
العالم يتلصص طوال الوقت
ليست الأجهزة وحدها من تقيس. جزيء هواء، أو حرارة، أو فوتون شارد: كل لمسة كهذه تترك في العالم أثرًا عن حالة الجسيم. هذا هو فقدان الترابط: الكمّية تتسرب إلى الخارج. في حرارة الغرفة يفقدها الكيوبت فورًا تقريبًا. لذلك تعمل رقائق Google وIBM فائقة التوصيل داخل ثلاجات عند أجزاء من المئة من الدرجة فوق الصفر المطلق، أي نحو −273.14 °م، أبرد من الفضاء المفتوح بنحو 200 مرة.
قطة شرودنغر مجرد سخرية
عام 1935 تخيّل إروين شرودنغر قطة في صندوق «حية وميتة معًا» ليُظهر كم تبدو النظرية الكمية سخيفة في عالم الأشياء الكبيرة. القطة الحقيقية دافئة وضخمة، وفقدان الترابط سيحدث فورًا. ومع ذلك يطارد الفيزيائيون الأرقام القياسية. في 2023 وضع باحثو ETH في زيورخ بلورة وزنها 16 ميكروغرامًا، بحجم حبة رمل، في تراكب من اهتزازين. لم يجد أحد حدود العالم الكمي بعد.
اختبر نفسك
- قيس كيوبت فظهر 0. ماذا سيعطي قياس ثانٍ مباشرة بعده؟
الإجابة الصحيحة: 0 مرة أخرى. بعد القياس اختفت سعات الخيارات الأخرى. الكيوبت الآن 0 فقط، فيعطي التكرار 0. - لماذا تُحفظ الكيوبتات قرب الصفر المطلق؟
الإجابة الصحيحة: الحرارة «تقيس» الكيوبت وتمحو الكمّية. الاهتزازات الحرارية والفوتونات الشاردة تلمس الكيوبت باستمرار. كل لمسة تسرّب للمعلومات، أي فقدان ترابط. البرد يبطئه بشدة. - ماذا يحدث للضوء في تجربة المرشحات الثلاثة؟
الإجابة الصحيحة: يمر جزء من الضوء مجددًا. المرشح الأوسط «يقيس» الضوء بزاوية 45° ويغيّر حالته. بعده يصبح للضوء فرصة لعبور المرشح الأخير: نحو 12.5% في النهاية.