2025-ci il kvant mexanikasının anadan olmasının 100 illiyini qeyd edir . Sahənin yarandığı əsrdən bəri alimlər və mühəndislər lazerlər, MRT skanerləri və kompüter çipləri kimi texnologiyalar yaratmaq üçün kvant mexanikasından istifadə ediblər.

Bu gün tədqiqatçılar kvant informasiya elmi adlanan tamamilə yeni bir qardaş sahədən istifadə edərək kvant kompüterləri və məlumatı təhlükəsiz ötürmək yollarını axtarırlar .

Lakin bütün bu qabaqcıl texnologiyaların yaradılmasına baxmayaraq, kvant mexanikasını öyrənən fiziklər və filosoflar hələ də sahənin yaradıcıları tərəfindən qaldırılan bəzi böyük suallara cavab tapa bilməyiblər. Kvant informasiya elmindəki son inkişafları nəzərə alaraq , mənim kimi tədqiqatçılar bu cavabsız əsas suallar haqqında yeni düşüncə yollarını araşdırmaq üçün kvant məlumat nəzəriyyəsindən istifadə edirlər. Araşdırdığımız istiqamətlərdən biri də Albert Eynşteynin nisbilik prinsipini qubitlə əlaqələndirir.

Kvant kompüterləri

Kvant informasiya elmi məlumatın kvant “biti” və ya qubit əsasında kvant kompüterlərinin qurulmasına diqqət yetirir . Qubit tarixən fiziklər Maks Plank və Eynşteynin kəşflərinə əsaslanır . Onlar müvafiq olaraq 1900 və 1905-ci illərdə işığın diskret və ya “kvant” enerji dəstələrində mövcud olduğunu aşkar etdikdə kvant mexanikasının inkişafına təkan verdilər .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1722503345&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-quantum-theorists-entanglement-spooky-mysteries.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy43NCIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI3LjAuNjUzMy43NCJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMjcuMC42NTMzLjc0Il1dLDBd&dt=1722502323019&bpp=1&bdt=295&idt=453&shv=r20240729&mjsv=m202407310101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1722503122%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1722503122%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C1519x695&nras=2&correlator=6726702966052&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=1872&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31085665%2C42531705%2C95334524%2C95334829%2C95337027%2C95337869%2C31085793%2C95339220%2C95336266%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=3497436789353486&tmod=536144941&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Bu enerji kvantları həm də kainatdakı hər şeyi təşkil edən atomlar və elektronlar kimi kiçik maddə formalarında olur. Qubitin hesablama üstünlüklərindən məsul olan bu kiçik maddə və enerji paketlərinin qəribə xüsusiyyətləridir.

Klassik bitdən çox kvant bitinə əsaslanan kompüter əhəmiyyətli hesablama üstünlüyünə malik ola bilər. Bu da ona görədir ki, klassik bit yalnız bir sorğuya ikili cavab verir – ya 1, ya da 0.

Bunun əksinə olaraq, qubit kvant superpozisiyasının xüsusiyyətindən istifadə edərək sonsuz sayda sorğulara ikili cavab verir. Bu xüsusiyyət tədqiqatçılara kvant qarışmış vəziyyətdə çoxlu qubitləri birləşdirməyə imkan verir. Burada dolaşıq qubitlər klassik bit massivlərinin edə bilməyəcəyi şəkildə kollektiv şəkildə hərəkət edirlər.

Bu o deməkdir ki, kvant kompüteri bəzi hesablamaları adi kompüterdən çox daha sürətli edə bilər. Məsələn, bir cihazın klassik kompüterdən 100 trilyon dəfə daha sürətli seçmə problemini həll etmək üçün 76 dolaşıq kubitdən istifadə etdiyi bildirilir.

Lakin kvant hesablamalarının əsasını təşkil edən bu kvant qarışıq vəziyyətinə cavabdeh olan təbiətin dəqiq qüvvəsi və ya prinsipi böyük cavabsız sualdır. Kvant informasiya nəzəriyyəsində həmkarlarımla mənim təklif etdiyimiz həll Eynşteynin nisbilik prinsipi ilə bağlıdır .

Kvant məlumat nəzəriyyəsi

Nisbilik prinsipi deyir ki, fizika qanunları kosmosda harada olmalarından, necə istiqamətlənmələrindən və bir-birinə nisbətən necə hərəkət etmələrindən asılı olmayaraq, bütün müşahidəçilər üçün eynidir. Komandam nisbilik prinsipindən kvant məlumatı nəzəriyyəsinin prinsipləri ilə birlikdə kvantla dolaşmış hissəcikləri hesablamaq üçün necə istifadə edəcəyini göstərdi .

Mənim kimi kvant informasiya nəzəriyyəçiləri kvant mexanikasını qüvvələr nəzəriyyəsi kimi deyil, informasiya prinsipləri nəzəriyyəsi kimi düşünürlər. Bu , güc və enerjinin hesablamalar aparmaq üçün vacib anlayışlar olduğu kvant fizikasına tipik yanaşmadan çox fərqlidir . Bunun əksinə olaraq, kvant məlumatı nəzəriyyəçiləri dolaşıq kvant hissəciklərinin sirli davranışına hansı fiziki qüvvənin səbəb ola biləcəyini bilməyə ehtiyac duymurlar.

Bu, kvant dolaşıqlığını izah etmək üçün bizə üstünlük verir, çünki fizik Con Bellin 1964-cü ildə sübut etdiyi kimi , qüvvələr baxımından kvant dolaşıqlığının hər hansı izahı Eynşteynin “məsafədə qorxulu hərəkətlər” adlandırdığı şeyi tələb edir.

Bunun səbəbi iki dolaşıq kvant hissəciyinin ölçmə nəticələrinin korrelyasiya olmasıdır – hətta bu ölçmələr eyni vaxtda aparılsa və hissəciklər fiziki olaraq böyük bir məsafə ilə ayrılsa belə. Beləliklə, əgər bir qüvvə kvant dolaşıqlığına səbəb olarsa, o, işıq sürətindən daha sürətli hərəkət etməlidir. İşıqdan daha sürətli qüvvə Eynşteynin xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini pozur .

https://www.youtube.com/embed/rqmIVeheTVU?color=whiteKvant qarışıqlığı kvant hesablamaları üçün vacibdir.

Bir çox tədqiqatçılar, mənim komandamın təklif etdiyi həll yolu kimi, uzaqdan qorxunc hərəkətlər tələb etməyən kvant dolaşıqlığının izahını tapmağa çalışırlar.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2996406042&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1722503413&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-quantum-theorists-entanglement-spooky-mysteries.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy43NCIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI3LjAuNjUzMy43NCJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMjcuMC42NTMzLjc0Il1dLDBd&dt=1722502323021&bpp=1&bdt=297&idt=544&shv=r20240729&mjsv=m202407310101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1722503122%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1722503122%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C1519x695%2C540x135%2C1005x124&nras=3&correlator=6726702966052&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=2&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=3979&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=1201&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31085665%2C42531705%2C95334524%2C95334829%2C95337027%2C95337869%2C31085793%2C95339220%2C95336266%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&psts=AOrYGsktiOwe0KEwlEEE7lPI9yda3u7J4F8TY0CYaM8jWPYK7PHu3Kxmh6MB4dQU5sw_1NbQ0kPg9nr3WlwymgqDQ_IZXvEreYobzf8iQ2j6QJR3Dp7tZw&pvsid=3497436789353486&tmod=536144941&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Klassik və kvant dolaşıqlığı

Dolaşma zamanı siz iki hissəcik haqqında ümumi olaraq nəyisə bilə bilərsiniz – onlara 1-ci hissəcik və 2-ci hissəcik deyilir – beləliklə, 1-ci hissəciyi ölçəndə dərhal 2-ci hissəcik haqqında bir şey biləsiniz.

Təsəvvür edin ki, fiziklərin adətən Alice və Bob adlandırdıqları, hər biri eyni cüt əlcəkdən olan iki dostunuzu poçtla göndərirsiniz. Alice qutusunu açıb sol əlcəyi görəndə dərhal biləcək ki, Bob digər qutunu açanda sağ əlcəyi görəcək. Hər qutu və əlcək kombinasiyası iki nəticədən birini verir, ya sağ əlcək, ya da sol əlcək. Yalnız bir mümkün ölçmə var – qutunu açmaq – belə ki, Alice və Bob klassik məlumat hissələrini qarışdırdılar.

Lakin kvant dolaşıqlığında vəziyyət klassik bitlərdən çox fərqli davranan dolaşıq kubitləri əhatə edir.

Qubit davranışı

Elektronların spin adlanan xüsusiyyətini nəzərdən keçirək. Şaquli yönümlü maqnitlərdən istifadə edərək elektronun spinini ölçəndə siz həmişə yuxarı və ya aşağı olan bir spin əldə edirsiniz, aralarında heç nə yoxdur. Bu ikili ölçmə nəticəsidir, ona görə də bu bir az məlumatdır.

Bir elektronun spinini üfüqi olaraq ölçmək üçün maqnitləri yanlarına çevirsəniz, həmişə sola və ya sağa bir spin alırsınız, aralarında heç nə yoxdur. Maqnitlərin şaquli və üfüqi istiqamətləri eyni bitin iki müxtəlif ölçülərini təşkil edir. Beləliklə, elektron spin bir kubitdir – çoxlu ölçmələrə ikili cavab verir.

Kvant superpozisiya

İndi fərz edək ki, siz əvvəlcə bir elektronun spinini şaquli olaraq ölçür və onun yuxarıda olduğunu tapırsınız, sonra onun spinini üfüqi olaraq ölçürsünüz. Dik durduğunuz zaman nə sağınıza, nə də solunuza heç tərpənmirsiniz. Beləliklə, dik durduğunuz zaman yan-yana nə qədər hərəkət etdiyinizi ölçsəm, sıfır alacağam.

Bu, şaquli fırlanan elektronlar üçün gözlədiyiniz şeydir. Onlar dik durmağa bənzər şaquli yönümlü fırlanmaya malik olduqları üçün yan-yana hərəkətə bənzər üfüqi olaraq sola və ya sağa fırlanma olmamalıdır.

Təəccüblüdür ki, fiziklər onların yarısının üfüqi olaraq sağda, yarısının isə üfüqi olaraq solda olduğunu aşkar ediblər . İndi şaquli fırlanan elektronun üfüqi olaraq ölçüldükdə sol spin (-1) və sağ fırlanma (+1) nəticələrinin olması məntiqli görünmür, necə ki, biz dik duranda yan-yana hərəkət gözləmirik.

Lakin bütün sola (-1) və sağa (+1) fırlanma nəticələrini cəmlədikdə, fırlanma vəziyyətimiz şaquli fırlanma zamanı üfüqi istiqamətdə gözlədiyimiz kimi sıfır alırsınız. Beləliklə, orta hesabla, dik durduğumuz zaman yan-yana və ya üfüqi hərəkətin olmaması kimidir.

İkili (+1 və -1) nəticələr üzərindəki bu 50-50 nisbəti fiziklərin şaquli fırlanan elektronun sola və sağa üfüqi spinlərin kvant superpozisiyasında olduğunu söyləyərkən danışdıqları şeydir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2053027255&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1722503413&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-quantum-theorists-entanglement-spooky-mysteries.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy43NCIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI3LjAuNjUzMy43NCJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMjcuMC42NTMzLjc0Il1dLDBd&dt=1722502323022&bpp=2&bdt=298&idt=563&shv=r20240729&mjsv=m202407310101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1722503122%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1722503122%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C1519x695%2C540x135%2C1005x124%2C540x135&nras=3&correlator=6726702966052&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=2&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=5868&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=3094&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31085665%2C42531705%2C95334524%2C95334829%2C95337027%2C95337869%2C31085793%2C95339220%2C95336266%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&psts=AOrYGsktiOwe0KEwlEEE7lPI9yda3u7J4F8TY0CYaM8jWPYK7PHu3Kxmh6MB4dQU5sw_1NbQ0kPg9nr3WlwymgqDQ_IZXvEreYobzf8iQ2j6QJR3Dp7tZw&pvsid=3497436789353486&tmod=536144941&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=4&uci=a!4&btvi=4&fsb=1&dtd=M

Nisbilik prinsipindən dolaşıqlıq

Kvant məlumat nəzəriyyəsinə görə , bütün kvant mexanikası, onun kvant dolaşıq vəziyyətləri də daxil olmaqla, kvant superpozisiyasına malik kubit üzərində qurulur.

Həmkarlarım və mənim təklif etdiyimiz şey odur ki, bu kvant superpozisiyası nisbilik prinsipindən irəli gəlir və bu (yenə də) fizika qanunlarının kosmosda müxtəlif oriyentasiyalı bütün müşahidəçilər üçün eyni olduğunu bildirir.

Yuxarı istiqamətdə şaquli spini olan elektron, gözlədiyiniz kimi düz üfüqi maqnitlərdən keçsəydi, onun üfüqi spini olmazdı. Bu , üfüqi və ya şaquli istiqamətdə ölçülməsindən asılı olmayaraq hissəciyin bir fırlanmasının olması lazım olduğunu söyləyən nisbilik prinsipini pozar .

Yuxarı istiqamətdə şaquli spini olan bir elektron üfüqi olaraq ölçüldükdə spinə malik olduğundan, kvant məlumatı nəzəriyyəçiləri nisbilik prinsipinin (nəticə etibarilə) kvant dolaşıqlığından məsul olduğunu söyləyə bilərlər .

Və bu prinsipin izahında istifadə olunan heç bir güc olmadığı üçün Eynşteynin istehza etdiyi “uzaqdan qorxulu hərəkətlərin” heç biri yoxdur.

Kvant qarışıqlığının kvant hesablamaları üçün texnoloji təsirləri möhkəm qurulduğundan , onun mənşəyi ilə bağlı böyük bir sualın yüksək qiymətləndirilən fizika prinsipi ilə cavablandırıla biləcəyini bilmək çox xoşdur.

The Conversation tərəfindən təmin edilmişdir 

Bu məqalə Creative Commons lisenziyası ilə The Conversation -dan yenidən nəşr edilmişdir . Orijinal məqaləni oxuyun .