«باسمه تعالی»
موضوع ،مفاهیم درهم تنیدگی کوانتمی،اثرگذاری مرتبط بودن فاصله،آیا این فاصله زمانی است یا مکانی و میزان فاصله هریک چقدر است؟
تحقیق وتبیین:دکتر محمد بنائیان سفید
از آنجائیکه کاربرد کوانتومی بسیار متنوع وپیچیده است، درهم تنیدگی وذره به گونه ای است که عملی روی یکی از آن ذره،بلافاصله روی دیگری بدون توجه به فاصله بین آنهاتاثیر بگذارد،که این ویژگی رمز نگاری کوانتومی است.دراین موضوع به فاصله زمانی و مکانی ای تاثیر گذاری بحث می کنیم.
دراین موضوع به یکی از شگفت‌انگیزترین و ضد شهودی‌ترین جنبه‌های کوانتوم می‌پردازیم.
پاسخ کوتاه این است:
درهم‌تنیدگی کوانتومی یک ارتباط “غیر-مکانی” و “غیر-زمانی” است. این پدیده به “فاصله مکانی” وابسته نیست، اما “فاصله زمانی” (به دلیل عوامل محیط) می‌تواند آن را از بین ببرد.در ادامه به تفصیل و به زبان ساده توضیح می‌دهیم:
۱. ماهیت فاصله در درهم‌تنیدگی: مکانی نیست!این بزرگترین و مهمترین نکته است. وقتی دو ذره درهم‌تنیده می‌شوند، یک “وضعیت کوانتومی یکپارچه” را تشکیل می‌دهند. این وضعیت مستقل از مکان ذرات است؛· فاصله مکانی بی‌اثر است: چه دو ذره یک متر از هم فاصله داشته باشند، چه در دو سوی کهکشان، ارتباط درهم‌تنیدگی بلافاصله و بدون تأخیر برقرار است. این به معنای “ارسال اطلاعات سریع‌تر از نور” نیست (چرا که نمی‌توان از آن برای ارسال پیام استفاده کرد)، بلکه نشان می‌دهد که جهان در بنیادی‌ترین سطح، غیر-موضعی است. یعنی اتفاقات می‌توانند بدون یک ارتباط محلی و در یک ناحیه، بر هم تأثیر بگذارند.
· شکستن محدودیت نسبیت: این پدیده، شهود کلاسیک و حتی اصل “علّیت” در نسبیت خاص (که می‌گوید هیچ چیزی نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند) را به چالش می‌کشد. با این حال، از آنجا که نمی‌توان از این ارتباط برای ارسال اطلاعات یا انرژی استفاده کرد، نسبیت نقض نمی‌شود. آلبرت اینشتین به این ویژگی، “عمل شبح‌وار از راه دور” می‌گفت.
مثال ساده: فرض کنید دو دستکش چپ و راست دارید. شما یکی را در جعبه‌ای در تهران و دیگری را در جعبه‌ای در نیویورک قرار می‌دهید. اگر شما در تهران جعبه را باز کنید و دستکش چپ را ببینید، بلافاصله و بدون هیچ تأخیری می‌دانید که دستکش در نیویورک، راست است. در این مثال کلاسیک، این اطلاعات از قبل وجود داشت. اما در کوانتوم، ذرات تا قبل از اندازه‌گیری، هیچ ویژگی قطعی ندارند و این ویژگی در “لحظه اندازه‌گیری” ایجاد می‌شود و بلافاصله روی ذره دیگر اثر می‌گذارد.
۲. تأثیر فاصله زمانی: بله، اما به دلیل عوامل محیطی اینجا “زمان” به طور مستقیم وارد می‌شود، اما نه به عنوان یک عامل بنیادی، بلکه به دلیل تعامل با محیط.
· پدیده “بازپخت کوانتومی” یا “Decoherence”: وضعیت درهم‌تنیدگی یک وضعیت بسیار شکننده و ظریف است. ذرات درهم‌تنیده دائماً در معرض برهم‌کنش با محیط اطراف خود (مانند فوتون‌ها، اتم‌ها، میدان‌های الکترومغناطیسی) هستند. این برهم‌کنش‌ها مانند “نویز” عمل می‌کنند و باعث می‌شوند ذرات خاصیت کوانتومی فوق‌العاده خود (مانند برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی) را از دست بدهند و مانند اجسام کلاسیک رفتار کنند.
· رابطه زمان و فاصله: هر چه دو ذره درهم‌تنیده برای مدت زمان طولانی‌تری از هم جدا نگه داشته شوند، احتمال اینکه با محیط برهم‌کنش کرده و درهم‌تنیدگی خود را از دست بدهند، بیشتر می‌شود. همچنین، اگر بخواهیم ذرات را به فاصله مکانی دورتری بفرستیم، این سفر زمان می‌برد و در نتیجه، زمان بیشتری در معرض نویز محیط قرار می‌گیرند. بنابراین، به طور غیرمستقیم، افزایش فاصله مکانی معمولاً منجر به کاهش زمان پایداری درهم‌تنیدگی می‌شود.
۳. میزان فاصله در آزمایش‌های عملی
دانشمندان برای اثبات و استفاده از درهم‌تنیدگی، به طور مداوم در حال افزایش این فواصل هستند:
· آزمایش‌های اولیه: در حد چند متر در آزمایشگاه.؛رکوردهای فعلی:
· در فیبر نوری: حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلومتر.
· در فضای آزاد (بین زمین و ماهواره): چین در پروژه “میکوئیس” موفق شد فوتون‌های درهم‌تنیده را بین دو ایستگاه زمینی به فاصله ۱۲۰۰ کیلومتر از طریق یک ماهواره مخابره کند. این یک دستاورد عظیم بود زیرا فضای خلأ بین زمین و ماهواره، نویز کمتری نسبت به فیبر نوری دارد.
· محدودیت نظری: از نظر تئوری، هیچ محدودیتی برای فاصله مکانی وجود ندارد. محدودیت‌ها همگی عملی هستند: تلفات در فیبر نوری، انحراف در جو زمین، و چالش حفظ درهم‌تنیدگی در مدت زمان طولانی.
جمع‌بندی نهایی:
ویژگی پاسخ:فاصله مکانی بی‌اثر است. ارتباط درهم‌تنیدگی فوری و بدون توجه به فاصله برقرار می‌شود. این پدیده، “غیر-موضعی” است.فاصله زمانی به طور غیرمستقیم مؤثر است. هر چه زمان بگذرد، احتمال از دست رفتن درهم‌تنیدگی به دلیل برهم‌کنش با محیط (بازپخت) بیشتر می‌شود.
