الفائزون بجائزة نوبل في الفيزياء للعام 2022.. مسار طويل من البحث وسد الثغرات العلمية
أعلنت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم في ستوكهولم، أمس (الثلاثاء)، عن منح جائزة نوبل في الفيزياء، للعام 2022، إلى الفرنسي آلان أسبيه، والأمريكي جون كلاوسر، والنمساوي أنتون زيلينغر، عن أبحاثهم واكتشافاتهم الثورية في مجال الفيزياء الكمية.
ينتمي آلان أسبكت (75 عامًا) إلى جامعة باريس ساكليه، ومعهد البوليتكنيك في فرنسا، في حين يعمل جون كلاوسر (79 عامًا)، في مؤسسته البحثية «جي إف كلاوسر وشركائه»، أما أنتون زيلينغر (77 عامًا)، فهو أستاذ بجامعة فيينا.
بحسب لجنة نوبل، فقد كوفئ الثلاثة عن أعمالهم الرائدة على صعيد «التشابك الكمي»، وهي ظاهرة يكون فيها جزيئان كميان مترابطان بصورة كاملة، أيا كانت المسافة الفاصلة بينهما. ومهّد الكشف عن هذه الخاصية الطريق لتقنيات جديدة في الحوسبة الكمومية، والاتصالات فائقة الأمان، وحتى أجهزة الاستشعار الكمومية فائقة الحساسية التي تسمح بقياسات دقيقة للغاية، مثل الجاذبية في الفضاء الجوي.
بحسب لجنة نوبل، فقد كوفئ الثلاثة عن أعمالهم الرائدة على صعيد «التشابك الكمي»، وهي ظاهرة يكون فيها جزيئان كميان مترابطان بصورة كاملة، أيا كانت المسافة الفاصلة بينهما.
وفق للبيان الصحفي الصادر عن لجنة جائزة نوبل، فقد أجرى الباحثون الثلاثة، من خلال العمل بشكل مستقل، تجارب جديدة توضح وتتحقق من التشابك الكمي، وهي الظاهرة الغريبة التي يوجد فيها جسيمان أو أكثر في حالة ما يسمى بالتشابك. في هذا الموقف الغريب ، يمكن للإجراء الذي يتم اتخاذه على إحدى الجسيمات أن ينتقل على الفور عبر التجمع المتشابك بأكمله، ويتنبأ بسلوك الجسيمات الأخرى، حتى لو كانت متباعدة.
وإذا حدد مراقب حالة أحد هذه الجسيمات، فإن نظرائه المتشابكين سيعكسون هذه الحالة على الفور، سواء كانوا في نفس الغرفة مع المراقب أو في مجرة على الجانب الآخر من الكون. وعلى الرغم من أن هذه الظاهرة أصبحت جانبًا أساسيًا من جوانب التقنيات الكمومية الحديثة، إلا أنها غير منطقية للغاية، ويبدو أنها مستحيلة لدرجة أن ألبرت أينشتاين سخر منها ذات مرة على أنها «عمل مخيف عن بعد».
كما يقول البيان نفسه، إن عمل هؤلاء العلماء تناول، بشكل جماعي، الألغاز الأساسية التي تم بحثها بعمق في الستينيات من قبل الفيزيائي الأيرلندي الشمالي جون ستيوارت بيل، الذي سعى إلى فهم ما يعنيه «رعب» التشابك حول الطبيعة الأساسية للواقع؛ فمن خلال تحديد حالات الجسيمات المتشابكة المنفصلة على نطاق واسع قبل قياس تلك الجسيمات، ستشرح المتغيرات الخفية بدقة كيف تمكنت من عكس حالة بعضها البعض دون انتقال المعلومات بينها، بسرعة أكبر من سرعة الضوء، وهو انتهاك عميق لأحد المبادئ الأساسية الفيزياء.
مهّد الكشف عن هذه الخاصية الطريق لتقنيات جديدة في الحوسبة الكمومية، والاتصالات فائقة الأمان، وحتى أجهزة الاستشعار الكمومية فائقة الحساسية التي تسمح بقياسات دقيقة للغاية، مثل الجاذبية في الفضاء الجوي.
في العام 1964، أظهر بيل أنه في حالة وجود متغيرات خفية، يمكن استنتاج وجودها تجريبيًا من خلال قياسات دقيقة لأزواج متعددة من الجسيمات المتشابكة. وفي عام 1969، كان كلاوسر أول من وضع اختبار بيل عمليًا، والذي تضمن قياس التشابك الكمي عن طريق تحديد استقطاب أزواج الفوتونات المتشابكة التي تم إطلاقها في اتجاهين متعاكسين. ثم أجرى التجربة في عام 1972 جنبًا إلى جنب مع الراحل ستيوارت فريدمان، الذي كان حينها طالب دراسات عليا، مؤكدًا أن الفوتونات تعمل بشكل جماعي على الرغم من انفصالها المادي.
وقد أشار عمل كلاوسر إلى أن المتغيرات الخفية لا يمكنها تفسير تأثيرات التشابك، مما يشير إلى أن نظرية الكم ظلت سليمة باعتبارها وصفًا كاملًا أساسًا للواقع، لكن الثغرات بقيت كما هي، إلى أن تم إغلاق آخر ثغرة رئيسية لاختبارات بيل في عام 2015 من خلال عمل أربع مجموعات بحثية مختلفة، حيث تم إثبات أن الروابط بين الجسيمات الكمومية (الخاضعة للتشابك الكمي) لم تكن مرتبطة بالـ«متغيرات الخفية»، بل إن هذه الظاهرة تنتج عن ارتباط حقيقي يؤدي إلى تأثر جسيم كمي بجسيم آخر، بعيدًا عنه، بعد انفصالهما.
وبدوره – يوضح بيان لجنة نوبل – وسّع زيلينغر ومجموعته بشكل كبير، استخدام ودراسة الحالات الكمومية المتشابكة؛ ففي العام 1997، كان هؤلاء الباحثين إحدى مجموعتين بحثيتين (الأخرى بقيادة الفيزيائي الإيطالي فرانشيسكو دي مارتيني)، لإثبات ظاهرة تسمى النقل الآني الكمي، والتي تستخدم التشابك للسماح بنقل الحالات الكمية من جسيم إلى آخر عبر مسافات عشوائية.
وبعد كل هذه الجهود، واصلت مجموعة زيلينغر تحقيق العديد من الإنجازات والريادة في علم المعلومات الكمومية، إلى أن أصبح النقل الآني الكمي، اليوم، محوريًا للجهود الوليدة لبناء «إنترنت كمومي»، يغطي الكرة الأرضية.
اقرأ أيضًا:
ابحث عن أحدث المنح الدراسية عبر موقعنا من هنا، وشاركنا النقاش عبر مجموعتنا على «فيسبوك» من هنا، وللمزيد من المنح، والقصص، والأخبار، سارع بالاشتراك في نشرتنا البريدية.
