بیگ بنگ: اگر به فیزیک کوانتومی در قالب اطلاعاتِ یک سیستم نگریسته شود با پیچیده‌گی بسیار کمتری روبرو خواهیم بود؛ این نتیجه‌ای است که از یافته‌های مقاله‌ای جدید بدست آمده است. در این پژوهش ویژگی‌های دنیای کوانتومی که پیش‌تر به عنوان مباحث مجزایی بررسی می‌شدند (دوگانگی موج-ذره و عدم قطعیتِ کوانتومی) تنها رویدادهای مختلفی از یک چیز یکسان به حساب می‌آیند.

به گزارش انجمن فیزیک ایران، دوگانگی موج-ذره ایده‌ای است که در آن یک شی کوانتومی قادر است شبیه یک موج رفتار کند. اما اگر سعی کنیم موقعیت این جسم را تعیین کنیم٬ رفتار موجی آن ناپدید می‌شود. این رفتار به سادگی در آزمایش دو شکاف قابل رویت است. در این آزمایش به عنوان مثال تک‌ الکترون‌ها تک‌ به‌ تک به سوی صفحه‌ای که دو شکاف دارد شلیک می‌شوند. این ذرات در پشت شکاف‌ها همانطور که از ذرات کلاسیکی نیز انتظار می‌رود٬ انباشته می‌شوند. اما این انباشتگی٬ در یک الگوی نواری (چنانکه برای تداخل امواج انتظار می‌رود) مشاهده می‌شود. اگر به شکل پنهانی بخواهیم به شکاف‌ها نگاهی بیاندازیم تا ببینیم ذره از کدام شکاف عبور می‌کند٬ الگوی تداخلی از بین می‌رود.

اصل عدم قطعیتِ کوانتومی ایده‌ای است که بر اساس آن پی بردن به جفت‌ کمیت‌های معینی درمورد یک ذره‌ی کوانتومی و به شکل همزمان غیرممکن است. به عنوان مثال هرچه موقعیت یک اتم با دقت بیشتری مشخص شود٬ به همان اندازه از دقت اندازه‌گیری سرعت آن کاسته می‌شود. این محدودیتی است که در اصل در «قابلیت شناخت» طبیعت نهفته است و ارتباطی به مهارت اندازه‌گیری ندارد.

مقاله‌ی جدیدی توسط پتریک کولز٬ ینجره کانسکی و اشتفان وینر، از مرکز فناوری‌های کوانتومی دانشگاه ملی سنگاپور انتشار یافته که در آن به موفقیتی دست یافته‌اند. آن‌ها نشان داده‌اند: اینکه تا چه اندازه بتوان در مورد رفتار موجی در مقابل رفتار ذره‌ای اطلاعات بدست آورد دقیقاً به شکل یکسانی محدود می‌شود. دوگانگی موج-ذره و عدم قطعیت مفاهیمی بینادین در فیزیک کوانتوم از اوایل دهه‌ی ۱۹۰۰ بوده‌اند. به بیان کولز (پسا دکترا در موسسه‌ی محاسبات کوانتومی در واترلوی کانادا): «تنها یک حس خوب ما را به این سو کشاند که بایستی ارتباطی بین این دو وجود داشته باشد».

وینر که دانشیار QuTech در دانشگاه فناوری دلفت هلند است٬ می‌گوید: « وقتی به عدم قطعیت و دوگانگی موج-ذره به عنوان پرسشی در مورد اینکه چه اطلاعاتی را در مورد یک سیستم می‌توان به دست آورد بنگریم٬ این ارتباط بسیار طبیعی بروز می‌کند. نتایج ما قدرت تفکر در مورد فیزیک را از چشم‌ انداز اطلاعات برجسته می‌کند».

می‌توان معادلاتی نوشت که به واسطه‌ی آنها از میزان اطلاعات‌مان در مورد جفت‌ویژگی‌هایی که با اصل عدم قطعیت تحت تاثیر قرار می‌گیرد آگاه شویم. این تیم پژوهشی با معادلاتی سروکار دارد که به «روابط عدم قطعیت آنتروپیک» معروف است. آن‌ها دریافته‌اند که تمامی ریاضیاتی که قبل‌ها برای توصیف دوگانگی موج-ذره استفاده می‌شده را می‌توان در قالب این روابط بازنویسی کرد. به بیان کولز: «این شبیه کشف «سنگ روزتا»ست که دو زبان مختلف را به هم مرتبط می‌کرد. نوشته‌جاتی که در مورد دوگانگی موج-ذره وجود دارد شبیه هیروگلیف است که اکنون می‌توانیم آن را به زبان مادریمان ترجمه کنیم. لحظات پیروزمندانه‌ای داشتیم وقتی نهایتاً دریافتیم که مردم چه کاری انجام داده بودند».

روابط عدم قطعیت آنتروپیکی که آن‌ها مورد استفاده قرار داده‌اند در اثبات امنیت رمزنگاری کوانتومی (طرح‌هایی برای ارتباطات امن با استفاده از ذرات کوانتومی) نیز استفاده شده است. به پیشنهاد این محققان٬ این پژوهش می‌تواند الهام‌بخشی برای پروتکل‌های رمزنگاری جدید محسوب شود. در مقاله‌های پیشین وینر و همکارانش ارتباطی مابین اصل عدم قطعیت و دیگر مفاهیم فیزیکی همچون «ناجایگزینی» کوانتومی و قانون دوم ترمودینامیک را یافته‌ بودند. هدف و گام بعدی برای این محققان اندیشیدن در این مورد است که این تکه‌ها چگونه باهم ترکیب شده و چه تصویر بزرگ‌تری از طبیعت را توصیف خواهند کرد.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: science20  نویسنده خبر: زینالوند فرزین