| نویسنده / نویسندگان : | محسن کرمی |
| مترجم : |
|
| کلید واژه : | دورنوردی ـ تله پورت ـ تخیل ـ واقعیت ـ تازه‌ترین کشف ـ فرابنفش ستارگان ـ فضا ـ واژه دونوردی ـ سرویس مخفی ـ ایالات متحده ـ کوانتومی ـ |
| چکیده : | محققان در تازه‌ترین کشف خود دریافته‌اند هشتاد درصد از نور فرابنفش ستارگان در فضا گم می‌شود. |
| منابع : |
|
* دورنوردی* که به آن دورترارسانی نیز می‌گویند به تبدیل ماده به انرژی، ارسال آن به مقصد و تبدیل دوباره آن به ماده گفته می‌شود. با این کار می‌توان یک شی را به سرعت نور از جایی به جای دیگر منتقل کرد و بدون توجه به محدودیت‌های فیزیکی بین دو نقطه با تبدیل شی به داده و ارسال داده‌های آن از نقطه اول به صورت نور و دریافت آن در نقطه دوم (در مدت زمان کوتاهی نسبت به فاصله) دوباره جسم را به وجود آورد.
واژه "دورنوردی1" ناگزیر منظره‌هایی از شگفتی‌های داستان‌های علمی-تخیلی چون انتقال‌دهنده‌های پیشتازان فضا2 و مخترعان دیوانه‌ای که برای دانش خود مصیبت می‌کشند را تجسم می‌کند.
این مفهوم به اندازه سفر سریع‌تر از نور و ماشین زمان بعید به نظر می‌رسد. اما دورنوردی به تدریج در حال به واقعیت پیوستن در مقیاس‌های ریز است. رایانه‌های کوانتومی با تکیه بر اصولی که کار می‌کنند، می‌توانند امید بزرگی برای یک جهش رو به جلو در فناوری محاسبات باشند.
نظریه پست دورنوردی- به شکل دقیق‌تر دورنوردی کوانتومی- از یک بحث طولانی بین آلبرت اینشتین و نیلز بور پدیدار شد. اینشتین پایه‌های نظریه کوانتوم را بنا نهاد و پشتیبانی قدرتمند برای آن بود تا اینکه تصادف و احتمالات به صحنه آمد. او زمانی که نسل نوینی از فیزیک‌دانان روی زمینه‌ای کار می‌کردند که بر طبق آن ذرات کوانتومی به وسیله احتمالات کنترل می‌شوند، رویه‌اش را تغییر داد.
او از این مسئله متنفر بود و اظهار می‌داشت: "نظریه حرف‌های زیادی می‌زند، اما در واقع ما را نسبت به مجهولات نظریه قدیمی زیاد هدایت نمی‌کند. به هر حال، من متقاعد شده‌ام که او اتفاقی و برحسب تصادف کاری نمی‌کند." به عنوان یک پیامد، اینشتین برای سال‌ها بور را با چالش‌هایی در مورد اعتبار فیزیک کوانتومی سرزنش می‌کرد. آخرین و بزرگترین این حمله‌ها در سال ۱۹۳۵ با یک مقاله بود که توسط اینشتین و دو تن از همکارانش، پودالسکی3 و روزن4 نوشته شد که با مخفف نام‌های آن EPR شناخته می‌شود. این مقاله ثابت کرد که یا نظریه کوانتوم نادرست است یا اینکه ظاهرا غیرممکن را ممکن می‌سازد. EPR نشان داد، باید امکان‌پذیر باشد که یک جفت ذره کوانتومی را در حالتی که با عنوان درهم‌تنیدگی شناخته می‌شود، ایجاد کرد.
درهم‌تنیدگی حالتی است که این ذرات می‌توانند جدا از یکدیگر در جهات مخالف هم در جهان باشند و تغییر در یکی بلافاصله در دیگری بازتابیده شود. به هر راهی بود آنها توانستند به صورت آنی ارتباط برقرار کنند. اینشتین فکر می‌کرد که توانسته است یک شکاف در نظریه کوانتوم پیدا کند، اما در عوض یکی از جالب توجه‌ترین توانایی‌های ذرات کوانتومی را برجسته کرد. علاوه بر این، آزمایش‌ها دائما نشان دادند که درهم‌تنیدگی در حقیقت وجود دارد.
برای عامه مردم این‌گونه به نظر می‌رسد که درهم‌تنیدگی می‌تواند برای ارسال آنی پیام از یک سوی کیهان به سوی دیگر مورد استفاده قرار گیرد، اما این‌گونه نیست. اطلاعاتی که درهم‌تنیده می‌شوند و قادر به ارتباط برقرار کردن هستند، تصادفی بوده و غیرممکن است که کنترل شوند.
برای دورنوردی موفقیت‌آمیز یک شی، دستگاه دورنورد باید یک کپی دقیق از آن ایجاد کند، در حد حالت کوانتومی هر ذره‌اش. اگر این‌گونه نباشد، نسخه دورنوردی شده کاملا متفاوت خواهد بود.
به هر حال، حتی اگر ما بتوانیم یک کپی دقیق از یک شی را ایجاد کنیم، غیرممکن است که حالت کوانتومی ذره را بدون دگرگون کردنش کشف کنیم. این به آن معناست که غیرممکن است که یک کپی کامل از یک ذره کوانتومی را برای تولید دوقلوهای یکسان ایجاد کرد ـ چیزی که در سال ۱۹۸۰ توسط دو فیزیک‌دان به صورت ریاضیاتی اثبات شد.
به هر حال روزنه‌ای وجود دارد. این امکان‌پذیر است که ویژگی‌ها را از یک ذره به ذره‌ای دیگر انتقال دهیم، به شرط آنکه مقادیر هرگز آشکار نشوند که این بدین‌معناست که ذره اصلی تا انتهای کار درهم آمیخته باشد.
درهم‌تنیدگی، سازوکار موردنیاز برای اینکه این اتفاق بیفتد را فراهم می‌کند. این ایده در یک نشست در مونترآل در سال ۱۹۹۳ مطرح شد. چارلز بنت یک پژوهشگر در آی‌بی‌ام، پیشنهاد کرد که یک جفت از ذرات درهم‌تنیده می‌توانند یک کانال ارتباطی بنیادی پنهان را فراهم کند. همان‌گونه که گیلس، برگزارکننده این رویداد توضیح داد: "بعد از دو ساعت آشفتگی فکری، پاسخ، دورنوردی از آب درآمد. که این موضوع در واقع کاملا ناگهانی بود."
انجام دورنوردی کوانتومی نیازمند استفاده از سه ذره است. ما با یک جفت ذره درهم‌تنیده شروع می‌کنیم، یکی را روی فرستنده نگه می‌داریم و دیگری را به گیرنده می‌فرستیم.
ذره سوم همانی است که دورنوردی می‌شود. او وارد واکنش با ذره درهم‌تنیده
اول می‌شود، بی‌درنگ دگرگونی‌های مشاهده نشده‌ای در شریک درهم‌تنیده در
انتهای گیرنده ایجاد می‌شود. سپس فرستنده اندازه‌گیری‌هایی را روی دو ذره
خود انجام می‌دهد. این فرآیند اطلاعات را آشکار می‌سازد، آن داده‌ها با
ارتباطات متداول برای ذره دوردست فرستاده می‌شوند. نتیجه: ذره درهم‌تنیده
دوردست در همان حالت منبع قرار می‌گیرد. این‌گونه یک ذره به طور موثری از
"آ"به "ب" فرستاده شده است.
تنها چهار سال بعد بود که آنتون تسایلینگر۵ و فرانسسکو دی مارتینی۶ بخشی از
دورنوردی را نشان دادند، قطبش یک فوتون را به دیگری انتقال دادند. [قطبش
یکی از ویژگی‌های امواج است که جهت نوسان را نشان می‌دهد.]
در سال ۲۰۰۴ تسایلینگر قطبش فوتون منبع را از میان رودخانه دانوب دورنوردی
کرد، فوتون درهم‌تنیده را در یک کابل فیبر نوری در زیر رودخانه از میان
فاضلاب‌ها فرستادند و اطلاعات قراردادی را به وسیله امواج مایکروویو از
میان رودخانه به طول ۶۰۰ متر فرستادند. بعد از همه اینها ممکن است این‌گونه
به نظر برسد که دورنوردی فوتون‌ها بی‌ربط است زیرا اینکه نور را از مکانی
با سرعت بالا به مکانی دیگر فرستاد، مشکل نیست. اما اصول می‌توانند در مورد
ذرات کوانتومی‌ماده به خوبی‌به کار برده شوند و دورنوردی فوتون‌ها نخستین
گام پشتیبانی از یک رایانه کوانتومی‌است که از حالت‌های ذره‌های
کوانتومی‌به عنوان "کیوبیت" استفاده می‌کند. کیوبیت واحد پایه‌ای پردازش
کوانتومی و می‌توان گفت برابر کوانتومی بیت‌ها در رایانه‌های معمولی است.
دکتر رونالد هنسون از دانشگاه صنعتی دلفت می‌گوید: "دورنوردی کوانتومی
تنها روشی است که ما می‌شناسیم که به وسیله آن می‌توانیم اطلاعات کوانتومی
را به شکل مطمئنی در فواصل طولانی انتقال دهیم."
با گذشت۱۰ سال از زمان آزمایش دانوب، بیشتر کوشش‌ها به سمت دورنوردی‌های کوانتومی بزرگ و قابل تکرار رفته و فرآیند از فوتون‌ها به اتم‌ها تعمیم داده شده است. بدون دورنوردی کوانتومی، رایانش کوانتومی‌نیز نخواهد بود که امکان محاسبات کارآمدی را ارائه می‌دهد که رایانه‌های معمولی برای تکمیل آن به زمانی به اندازه عمر کیهان نیاز دارند.
در سال ۲۰۰۹ یک گروه از موسسه کوانتومی جوینت در دانشگاه مریلند و دانشگاه میشیگان یک حالت کوانتومی را از یک اتم به اتمی دیگر در یک متری‌اش دورنوردی کرد و این کار در ۹۰ درصد موارد موفقیت‌آمیز بود. کار اصلی گروه مریلند امسال در دانشگاه دلفت هم انجام شد. دورنوردی همان ویژگی‌ای است که "اسپین" نام دارد بین الکترون‌ها در فاصله سه متری با نرخ موفقیت ۱۰۰ درصد. این الکترون‌ها درون الماس به دام انداخته شده بودند، یک الماس خالص یک شبکه (ساختاری سه بعدی) کامل از اتم‌های کربن است، اما با ترکیب کردن نیتروژن به عنوان ناخالصی در شبکه شکاف‌هایی ایجاد می‌شود که در پی آن یک الکترون به دام افتاده می‌تواند به عنوان یک کیوبیت عمل کند. این یک گام مهم دیگر بود برای اینکه دورنوردی کانالی ارتباطی برای یک رایانه کوانتومی، کاربردی شود. دکتر هنسون توضیح داد: "آزمایش ما اولین آزمایشی است که دورنوردی را بین دو تراشه حالت جامد نشان می‌دهد. از آنجایی که ما باور داریم که اینترنت کوانتومی ترکیبی است از گره‌هایی که از تراشه‌های رایانه‌ای کوانتومی ساخته شده‌اند، این شاهکار بسیار مهم است."
در همین زمان دیگران محدوده را توسعه دادند، با رکورد فعلی ۱۴۳ کیلومتر که
به وسیله تسایلینگر کسب شده است. یک ماهواره چینی که در سال ۲۰۱۶ پرتاب
می‌شود آزمایش‌های ارتباطات کوانتومی را برای جست‌وجوی احتمالات برای
بررسی درهم‌تنیدگی و دورنوردی بین فضا و زمین همراه خود حمل می‌کند که
نخستین گام اساسی برای ساخت اینترنت کوانتومی‌خواهد بود.
چنین به نظر می‌رسد که این آزمایش‌ها ارسال سه متری دلفت را کاملا در حاشیه
قرار دهند، اما محدوده نرخ موفقیت آنها تنها حدود ۱ در ۱۰۰۰ است. همین امر
این روش را برای وظایف محاسباتی دنیای واقعی که بر دقت و درستی تکیه دارد
غیرعملی می‌سازد و روش دلفت را در قله قرار می‌دهد، دکتر هنسون توضیح
می‌دهد: "ما می‌دانیم زمانی که درهم‌تنیدگی را بدون تباه کردن آن ایجاد
کنیم از این راه می‌توانیم از درهم‌تنیدگی در آزمایش بعدی برای دورنوردی
استفاده کنیم که هر بار کار کند."
به آرامی اما با اطمینان
راه زیادی برای پیمودن مانده است. آن‌گونه که کریس مونرو از گروه میشیگان
اظهار داشت، هردو آزمایش‌های میشیگان و دلفت یک ایراد دارند. او توضیح
می‌دهد: "آنها به طرز ناراحت‌کننده‌ای آهسته هستند: یک کیوبیت موفقیت‌آمیز
در هر پنج دقیقه یا بیشتر اتفاق می‌افتد. احتمال موفقیت تولید درهم‌تنیدگی
در هردو آزمایش بسیار کم بود، در حدود یک در ۱۰ میلیون و این یعنی هیچ
راهی برای افزایش آنها برای دورنوردی سیستم‌های بزرگ‌تر نیست."
به هر حال گروه مونرو برای تسریع دورنوردی با ضریب ۵هزار مدیریت شده که فرآیند را مقداری به یک راه حل عملی نزدیک‌تر می‌کند.
سرویس مخفی
ارتش ایالات متحده در حال توسعه یک سیستم ارتباطی کوانتومی برای ارسال
پیام‌های محرمانه است. شکل اولیه روش از راه ایجاد فوتون‌هایی برای حمل
اطلاعات و سپس اجازه دادن به آنها برای واکنش با جفت فوتون‌های درهم‌تنیده
است، با نیمی‌از آنها که به گیرنده گسیل شده‌اند. هر کوششی برای اینکه جلوی
فوتون‌ها را در بین راه بگیرند به وسیله منحرف شدن درهم‌تنیدگی حساس،
آشکار می‌شود. چالش پیش روی دانشمندان ارتش ایالات متحده به حداقل رساندن
صدمات وارده به فوتون‌ها در زمان گذر از میان آشفتگی میدان جنگ است. به نظر
می‌رسد که دورنوردی برای رایانه‌های کوانتومی به زودی امکان‌پذیر باشد.
اما آیا ما می‌توانیم زمانی یک جسم فیزیکی قابل لمس را دورنوردی کنیم؟
در مورد یک انسان به نظر ناممکن می‌رسد (به باکس آیا امکان‌پذیر است که یک انسان را دورنوردی کنیم؟ مراجعه کنید) و کریس مونرو اظهار داشت که حتی یک مولکول بزرگ تنها نیز یک چالش مهم ارائه می‌دهد. او می‌گوید: "اگر شما علاقه‌مند به دورنوردی حالت یک مولکول دی‌ان‌ای هستید، درجات زیادی از آزادی وجود دارد و پیکربندی‌های ممکن زیادی که بسیار مشکل می‌توان تصور کرد که این به زودی انجام گیرد."
به عنوان نمونه برای یک فرد آیا شما می‌توانید ذرات را به صورت فیزیکی ارسال کنید اما ساختارها را برای ساختن آن دورنوردی کنید؟
مونرو می‌گوید: "زمانی که کاپیتان کرک7 از سیاره به سفینه اینترپرایز دورنوردی می‌شد، حتی یک اتم هم از بدنش سفر نکرد. در رسیدن پوسته تمام اتم‌هایی که او را می‌سازند بایستی پیشتر در آنجا باشند و تنها چیزی که حمل می‌شود پیکربندی دقیق و اطلاعات کوانتومی رمزنگاری شده بین تمام اتم‌های اوست. من نمی‌دانم که زیرلایه کاپیتان کرک چه شکلی خواهد بود اما گمان نمی‌کنم که خوش‌نما باشد."
ممکن نیست که ما به این زودی‌ها کسی را دورنگاری کنیم! اما حداقل دورنوردی
کوانتومی‌ما را یک گام بزرگ به رایانه‌های کوانتومی قابل استفاده نزدیک‌تر
کرد.
آیا امکان‌پذیر است که یک انسان را دورنوردی کنیم؟
میزان انرژی مورد نیاز برای دورنوردی یک فرد آن را نشدنی ساخته است، اما حتی اگر شما بتوانید منتقل شوید، آیا حاضرید؟
همچنان که مسافرت هوایی خسته‌کننده می‌شود، این ایده که به سادگی داخل
اتاقکی در یک سمت دنیا پرت شوید و دوباره در سمت دیگر دنیا ظاهر شوید بسیار
جذاب‌تر می‌نماید.
به هر حال، موانع تکنیکی بسیار زیادی در این راه وجود دارند. شاید شدنی باشد که یک تکه بسیار کوچک را دورنوردی کنیم، مانند یک ویروس، اما برای هرچیز بزرگ‌تری محدودیت‌های فیزیکی وجود دارند که به آن معنی است که ضروری است تا انتقال به صورت ذره به ذره صورت گیرد. حتی جدا از ناتوانی ما برای دستکاری دقیق ماده در آن سطح، ابعاد موضوع شگفت‌انگیز است. بدن یک انسان شامل حدود ۷ ضرب در ۱۰ به توان ۲۷ اتم است (به معنای ۱ با ۲۷ صفر جلویش). تصور کنید که شما بتوانید یک تریلیون اتم را در هر ثانیه پردازش کنید، هنوز هم ۷ ضرب در ۱۰ به توان ۱۵ ثانیه طول می‌کشد تا تمام شخص را اسکن کنید که ۲۰۰ میلیون سال است!
همچنین مقدار شگرفی داده باید ارسال شود که هزینه انرژی بالایی دارد. یک تخمین محافظه‌کارانه آن را حدود ۱۰ به توان ۱۲ گیگاوات ساعت دانسته است. گنجایش نیروگاه بریتانیا سال گذشته ۸۳ گیگاوات بود، پس دورنوردی یک انسان توان تولیدی بریتانیا در طی بیش از یک میلیون سال را مصرف می‌کند.
نکته مهم دیگر اینجاست: حتی اگر انجام آن شدنی باشد مسافران برای استفاده از دستگاه دورنوردی بی‌میل و مردد خواهند بود. به یاد داشته باشید که این کار شما را از نقطه "آ" به "ب" منتقل نخواهد کرد. در عوض شما را تکه تکه می‌کند، اتم به اتم بدن شما را تجزیه می‌کند و یک کپی یکسان می‌سازد. بلی، "شمای دورنوردی شده" از دید دیگران کاملا مانند شما به نظر می‌رسد، با همان اندیشه‌ها و خاطره‌ها.
اما آن یک کپی خواهد بود و شما از بین خواهید رفت.
پی نوشت:
1-Teleportation / 2-Star Trek / 3-Podolsky / 4-Rosen / 5-Anton Zeilinger / 6-Francesco De Martini
7ـ کاپیتان سفینه اینترپرایز در مجموعه تلویزیونی پیشتازان فضا
منبع مجله دانشمند آذر 1393 شماره 614
مقالات تکمیلی و مرتبط:
http://researcher.watson.ibm.com/researcher/view_group.php?id=2862