التشابك
الدرس 4 من 23 في دورة «الكم». مجاني، مع رسوم متحركة واختبار.
زوج بحالة واحدة للاثنين
التشابك هو ألا يكون لجسيمين حالتان منفصلتان، بل حالة واحدة مشتركة. مثال: زوج كيوبتات كل منهما وحده 50/50، لكن جوابيهما يتطابقان دائمًا. تقيس الأول فيظهر 0. والثاني، ولو على بُعد ألف كيلومتر، يعطي 0 أيضًا. كل جواب عشوائي، لكن الرابط بينهما متين. التشابك هو المورد الرئيسي للحاسوب الكمي: بدونه ستكون الكيوبتات مجرد كومة عملات منفصلة.
ربما مجرد جوارب؟
كان الفيزيائي راينهولد بيرتلمان يرتدي دائمًا جوربين مختلفين. ترى اليسرى وردية فتعرف فورًا أن اليمنى ليست كذلك. لا سحر: اختار الألوان صباحًا وأنت فقط عرفت. هكذا ظن أينشتاين عام 1935 بشأن الجسيمات: الأجوبة محفوظة فيها مسبقًا، والنظرية الكمية ناقصة. سمّى الرابط الفوري عن بُعد «فعلًا شبحيًا عن بُعد». لحسم من المحق احتاج الأمر اختبارًا ذكيًا، جاء بعد 30 عامًا.
اختبار بِل: الطبيعة ضد الجوارب
عام 1964 صمّم جون بِل اختبارًا. يحصل لاعبان على جسيم وسؤال عشوائي لكل منهما، دون أي تواصل. إذا كانت الأجوبة محفوظة مسبقًا كألوان الجوارب، فأقصى فوز ممكن هو 75% من الجولات. مع الجسيمات المتشابكة تصل النسبة إلى نحو 85%. أظهرت التجارب مرارًا أكثر من 75%، وفي 2015 أُغلقت آخر الثغرات في دلفت. وفي 2022 نال أسبيه وكلاوزر وزايلنغر نوبل على هذه التجارب. أخطأ أينشتاين: لا أجوبة مسبقة.
مراسلة أسرع من الضوء؟ لا
ما دام الرابط فوريًا، هل يمكن إرسال رسائل أسرع من الضوء؟ لا. تقيس أليس جسيمها فترى 0 و1 عشوائية. وبوب يرى عنده أيضًا 0 و1 عشوائية. لا تستطيع أليس التأثير فيما يظهر عند بوب. التطابق لا يظهر إلا عند مقارنة السجلات، وهذا يحتاج قناة عادية: اتصالًا أو إنترنت. إذن التشابك لا يكسر قوانين أينشتاين عن سرعة الضوء. وإذا وعدك مقطع بـ«مراسلة كمية بلا تأخير» فهو كذب.
التشابك عبر الفضاء
عام 2017 أرسل القمر الصناعي الصيني «ميسيوس» من مدار 500 كم فوتونات متشابكة إلى محطتين في جبال الصين تفصل بينهما 1203 كم. حافظت الأزواج على ترابطها ونجح اختبار بِل مجددًا. وبالقمر نفسه أُجري اتصال فيديو بين بكين وفيينا بمفتاح تشفير صُنع بطريقة كمية. هذا هو التوزيع الكمي للمفاتيح: إذا تنصّت أحد، يترك القياس أثرًا فيظهر التنصت. البنوك والشبكات الحكومية في الصين وأوروبا تختبر هذه الشبكات بالفعل.
اختبر نفسك
- قاست أليس جسيمها فحصلت على 1. ماذا سيحصل بوب؟
الإجابة الصحيحة: 1 أيضًا. للزوج حالة مشتركة «الأجوبة متطابقة». المسافة لا تهم: ستتطابق نتيجة بوب مع نتيجة أليس. - هل يمكن إرسال رسالة فورًا بالتشابك؟
الإجابة الصحيحة: لا: كل طرف وحده يرى ضجيجًا خالصًا. أليس لا تتحكم فيما يظهر. التطابق لا يظهر إلا بعد مقارنة السجلات عبر قناة عادية لا تسبق الضوء. - ماذا أثبتت تجارب اختبار بِل؟
الإجابة الصحيحة: الأجوبة ليست محفوظة في الجسيمات مسبقًا. مع «غشّ» مُعدّ مسبقًا يكون الحد الأقصى 75% فوزًا. الجسيمات المتشابكة تعطي نحو 85% وأكدت التجارب ذلك. ومن أجل هذا كانت نوبل 2022.