لقد وجد الفيزيائيون طريقة لقياس الأنظمة الكمومية الكبيرة دون التأثير عليها

يتم تدمير التأثيرات الكمومية بسهولة عن طريق الضوضاء الناتجة عن بيئة الكائنات قيد الدراسة. ولتقليل التداخل، ينشئ الفيزيائيون أنظمة صغيرة يمكن التحكم فيها، وتتكون أحيانًا من ذرتين، والتي يجب عزلها بعناية عن البيئة – تبريدها، ووضعها في ظلام دامس وصمت. تعتبر الأنظمة الكبيرة أكثر ملاءمة للتطبيقات العملية، لكنها أكثر صعوبة في الحفاظ على الطبيعة الكمومية لما يحدث بسبب الضوضاء المرتبطة بقياس موضوع الدراسة. طور باحثون من جامعة جونز هوبكنز (الولايات المتحدة الأمريكية) نهجا يبسط إلى حد كبير دراسة العالم الكمي. يعمل النظام الذي قاموا بإنشائه مع مجموعات دوران مجهرية، مما يسمح للمرء بمراقبة تطورها مع مرور الوقت ومراقبة تقلبات الدوران بشكل مباشر. آلية البحث لا تدمر التأثيرات الكمومية في النظام. إن حساسية هذا النهج عالية جدًا لدرجة أنها تقترب من الحد الأساسي الذي حددته قوانين ميكانيكا الكم. نُشرت مقالة عن هذا في مجلة Nature Physics. يعتمد الجهاز التجريبي على دائرة فائقة التوصيل، حيث تتم قراءة البيانات بواسطة SQUID (مقياس التداخل الكمي فائق التوصيل)، وهو كاشف مجال مغناطيسي حساس للغاية. وقام العلماء بوضع نواة الفلور 19 في التيفلون ونواة الهيدروجين في النايلون داخل ملف الاستقبال، وقاموا بتوصيل الملف بالكاشف. تم تبريد النظام بأكمله إلى درجات حرارة منخفضة للغاية، أقل من درجة كلفن واحدة. كان هذا الإعداد قادرًا على قراءة المعلومات حول الدورات في النظام من خلال بيانات الرنين المغناطيسي دون إثارة خارجية.

[shesht-info-block number=1]

استخدم العلماء التقلبات الحرارية الطبيعية في الشريحة فائقة التوصيل كقوة دافعة وحيدة. قاموا بتعديل المجال المغناطيسي بحيث يتزامن تردد الرنين المغزلي مع تردد الرنين للدائرة. وقد سمح هذا للباحثين بفهم ما كان يحدث مع السبينات عن طريق تغيير خصائص الدائرة فائقة التوصيل. تزامنت التقلبات المقاسة لزوايا الدوران تمامًا مع الحسابات النظرية وتم قياسها كما هو متوقع اعتمادًا على عدد الدورات واستقطابها. وهذا يؤكد أن العلماء رأوا بالضبط ضوضاء إسقاط الدوران الكمي، وليس الضوضاء الطفيلية. واستمرت المراقبة 26 ساعة. “حققت التجارب السابقة نفس الدقة باستخدام خلايا البخار الذرية، مع حوالي 100 مليار ذرة في كل خلية. لقد وصلنا إلى الحد الكمي للدقة في عينة صلبة مع ما يقرب من خمسة سيكستيليون (5 × 10²¹). أصغر زاوية تذبذب تم قياسها كانت تسعة نانوراديان فقط – وهو قياس دقيق للغاية. وقال ألكسندر سوشكوف، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية: “هذا هو تقريبًا الحجم الزاوي لشخص يقف على القمر عند رؤيته من الأرض”.

[shesht-info-block number=2]

ووفقا للعلماء، يمكن استخدام نظامهم لتنفيذ التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي غير الجراحي، والذي سيسمح للمرء بدراسة المواد دون تغيير خصائصها بسبب تأثير الدراسة نفسها. وهذا مهم عند العمل مع المواد المتفجرة والحساسة للغاية.