نخستین درهم‌تنیدگی با ابعاد قابل مشاهده با چشم غیرمسلح

کرونوس – دانشمندان برای نخستین بار موفق به ایجاد درهم‌تنیدگی کوانتومی به نحوی شده‌اند که آن‌قدر بزرگ باشد تا بتوان آن را بدون میکروسکوپ مشاهده کرد. این، گامی بسیار بزرگ و فراتر از دستاوردهای اولیه در این زمینه که شامل در هم تنیدگی ذرات زیراتمی (ذرات معمولاً یکسان) بود می‌باشد.

درهم تنیدگی یکی از عجیب‌ترین جنبه‌های رفتار کوانتومی است و با شهود انسان تضاد زیادی دارد. عملکرد ذرات درهم‌تنیده همانند یک واحد متحد است به گونه‌ای که هرگونه تغییر در یکی از مواد روی مواد دیگر تأثیر می‌گذارد. عجیب‌تر این است که این تغییرات به صورت همزمان (بلافاصله) روی می‌دهد. چیزی که آلبرت اینشتین آن را «عمل اسرارآمیز از راه دور» نامیده بود. با این که اینشتین خود یکی از مسببین کشف این پدیده بود، اما هرگز حاضر نشد قبول کند که این امر در واقع اتفاق می‌افتد.

تلاش‌های اولیه برای آزمایش درهم‌تنیدگی کوانتوم با استفاده از جفت ذرات زیراتمی موجود درون یک اتاق و سپس در فواصل بیشتر و بیشتر نسبت به هم روی داد. با این حال اخیراً پدیده‌های پیچیده‌تری مشاهده شده‌اند که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به ایجاد درهم‌تنیدگی میان یک تریلیون اتم اشاره کرد. ما همچنین آموخته‌ایم که درهم‌تنیدگی همه‌جا مثلاً در ستاره‌ها و اختروش‌هایی که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند به صورت طبیعی اتفاق می‌افتد.

گروه «فیزیک طبیعت» به سرپرستی پروفسور یوجین پولزیک از دانشگاه کپنهاگ گزارش داده که یک غشای نیترید سیلیکون مرتعش به عرض یک میلی‌متر و ابر یک میلیارد اتم را درهم‌تنیده کرده است. پولزیک همانند آزمایش‌های قبلی، ابر اتمی را در یک میدان مغناطیسی قرار داد و با استفاده از نور عبوری از ابر، اسیلاتور (نوسان‌گر) را درهم‌تنید.

پولزیک در بیانیه‌ای اظهار داشت: «هرچه اشیا بزرگ‌تر باشند، هرچه فاصله‌ی آن‌ها از هم بیشتر باشد و هرچه ناهم‌سان‌تر باشند، درهم‌تنیدگی میان آن‌ها جالب‌تر خواهد بود. چه از لحاظ بنیادی و چه از لحاظ کاربردی. ما با این آزمایش جدید نشان داده‌ایم که درهم‌تنیدگی بین مواد بسیار متفاوت امکان‌پذیر است.»

این ایده که درهم‌تنیدگی کوانتومی می‌تواند داستان‌های علمی تخیلی را واقعیت بخشیده و برای مثال موجب انتقال ماده یا ایجاد ارتباط با سرعت بیشتر از سرعت نور شود، انگیزه‌ی اصلی تحقیق در مورد این موضوع بوده است. با این وجود حتی اگر این ایده‌ها امکان‌پذیر باشند، هنوز برای رسیدن به آن‌ها راه زیادی را در پیش داریم.

از سوی دیگر، پولزیک در حال نزدیک شدن به یک برنامه‌ی کاربردی مفید برای کار خود است.

حساس‌ترین دستگاه‌های اندازه‌گیری ما به دلیل وجود اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و بی‌قاعدگی‌های ذاتی سیستم، در دقت خود محدود هستند. درهم تنیدگی این بی‌قاعدگی‌ها را کاهش داده و با توجه به اصل عدم قطعیت به نسخه‌های بزرگ‌تر نوسانگر درهم‌تنیده‌ی پولزیک این امکان را می‌دهد که حساسیت ردیاب‌های امواج گرانشی و سایر دستگاه‌های اندازه‌گیری با دقت بالا را افزایش دهد. اگرچه رصدخانه‌ی موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری (LIGO) به مهم‌ترین پیشرفت‌های فیزیک طی سال‌های اخیر دست یافته، اما اهداف اصلی همچون شناسایی امواج گرانشی مداوم از جمله‌ی این دستاوردها نیست.

هنوز مشخص نیست که آیا این نقصان به این دلیل است که اپراتورها هنوز داده‌های دریافت شده از فضا را تجزیه و تحلیل نکرده‌اند یا این که آشکارگرها هنوز حساسیت لازم را ندارند. در حالت دوم، جفت کردن آینه‌های LIGO به جای غشاهای پولزیک با ابر اتمی و استفاده از ابر برای از بین بردن بی‌قاعدگی‌های آینه ممکن است یک راه حل باشد. پولزیک همچنان در حال کار بر روی آزمایشی است که بتواند دوام این روش را نشان دهد.