به گزارش ایسنا و به نقل از فیز، همه ما با گرمازدایی آشنا هستیم. به عنوان مثال کافی است به اینکه چطور یک فنجان قهوه با گذشت زمان به دمای اتاق می‌رسد، فکر کنید. اما درهم تنیدگی کوانتومی داستانی متفاوت است.
با این حال مطالعاتی که توسط "مارلون برنس" دانشجوی دکترا و پروفسور "جان گولد" از کالج ترینیتی با همکاری "سیلویا پاپالاردی" و پروفسور "الساندرو سیلوا" از ایتالیا انجام شده است، نشان می‌دهد که چگونه این دو با هم مرتبط هستند.
در دانش فیزیک، اصطلاح تعادل گرمایی هم در یک معنای عمومی در مباحث معمولی فیزیک و هم در یک معنای اختصاصی در مبحث ترمودینامیک به کار می‌رود. در ادبیات عمومی فیزیک، منظور از تعادل گرمایی، حالات پایدار دما هستند که ممکن است در ابعاد فضایی یا زمانی مطرح شود. معنای آن در موقعیت‌های مختلف تفاوت می‌کند. در دانش ترمودینامیک، تعادل گرمایی ممکن است در دو معنای تخصصی مختلف به کار رود. یکی به معنای تعادل گرمایی در خود یک سیستم و دیگری رابطه حالات فیزیکی بین دو جسم. تعادل گرمایی در درون یک سیستم به این معنی است که دما در درون سیستم هم از نظر فضایی و هم از نظر زمانی یکنواخت است.
از طرفی درهم تنیدگی کوانتومی می‌گوید در سامانه‌های مرکب با وضعیت‌هایی مواجه می‌شویم که در آن اجزای سامانه دارای هیچ ویژگی نیستند، بلکه فقط سامانه کل دارای دسته‌ای از ویژگی‌ها است. به زبان ساده و به عنوان اولین مثال تاریخی، درهم‌تنیدگی، جفت شدن خواص مکانیکی دو ذره است، ذراتی که پیش‌تر با یکدیگر در اندرکنش بوده و سپس از یکدیگر جدا شده‌اند، به دلیل دارا بودن ویژگی درهم‌تنیدگی مشاهده اولین ذره منجر به تغییر آنی ذره دوم می‌گردد. درهم تنیدگی برای ذراتی همچون فوتون‌ها، الکترون‌ها و حتی مولکول‌ها رخ می‌دهد. این اندرکنش فیزیکی مربوط به خواصی نظیر مکان، تکانه، اسپین، قطبش و غیره است، به گونه‌ای که با تعیین هریک از خواص برای یکی از دو ذره همان خاصیت در دیگری تعیین می‌شود. به عبارت دیگر هر یک از ذرات جفت شده به خوبی توسط حالت کوانتومی مشابه توصیف می‌شوند.
پروفسور "گولد" سرپرست این گروه تحقیقاتی با بیان اهمیت این کشف، توضیح داد: درهم تنیدگی کوانتومی یک ویژگی درکی غیرمستقیم از مکانیک کوانتومی است که این امکان را می‌دهد تا ذره‌هایی که در بعضی مواقع با یکدیگر در تعامل بوده‌اند به شکلی با هم تنیده شوند که به صورت کلاسیک امکانپذیر نیست. اندازه گیری‌ها روی یک ذره بر نتایج اندازه گیری دیگر ذرات اثر می‌گذارد، حتی اگر آنها چندین سال نوری از هم فاصله داشته باشند. اینشتین این اثر را "عمل شبح وار در فاصله"(spooky action at a distance) نامیده است.
"گولد" افزود: معلوم می‌شود که درهم تنیدگی تنها شبح‌وار نیست، بلکه در حقیقت همه‌گیر است و در همه جا وجود دارد و در واقع چیزی که حتی بیشتر از همه شگفت‌انگیز است این است که ما در عصری زندگی می‌کنیم که فناوری در حال شروع به بهره برداری از این ویژگی برای اجرای شاهکارهایی است که تا همین چند سال پیش غیرممکن تصور می‌شد. این فناوری‌های کوانتومی با همکاری و تلاش شرکت‌هایی مانند گوگل و آی‌بی‌ام به سرعت در حال توسعه است.
اما ارتباط همه این‌ها با قهوه سرد چیست؟
پروفسور "گولد" توضیح می‌دهد: هنگامی که شما یک فنجان قهوه آماده می‌کنید و برای مدتی آن را رها می‌کنید، قهوه به دمای محیط اطراف می‌رسد و خنک می‌شود. این اثر گرمازدایی است. در فیزیک می‌گوییم که این روند غیرقابل برگشت است. همانطور که می‌دانیم قهوه ما وقتی خنک می‌شود دوباره بدون اعمال حرارت گرم نمی‌شود. چگونگی برگشت ناپذیری و رفتار حرارتی در سیستم‌های فیزیکی چیزی است که من را به عنوان یک دانشمند مجذوب خود می‌کند، زیرا در مقیاس‌های کوچک به اندازه اتم‌ها بسیار جذاب است. در علم فیزیک، مکانیک آماری نظریه‌ای است که هدف از آن درک این فرآیند از منظر میکروسکوپی است.
بنابراین ارتباط این‌ها با درهم تنیدگی و نتایج دانشمندان چه می‌گوید؟
"گولد" ادامه داد: در مکانیک آماری روش‌های مختلفی وجود دارد که به عنوان اثرات کلی شناخته می‌شوند و در آنها می‌توانید نحوه گرمازدایی یک سیستم را توصیف کنید. آنچه ما در کار خود نشان می‌دهیم این است که نه تنها درهم تنیدگی در این فرآیند وجود دارد، بلکه ساختار آن بسته به اینکه چه روشی برای توصیف سیستم خود انتخاب می‌کنید، بسیار متفاوت است. بنابراین به ما راهی برای آزمایش سوالات مبنایی در مکانیک آماری می‌دهد. این ایده کلی است و می‌تواند برای طیف وسیعی از سیستم‌ها به کوچکی چند اتم و به بزرگی سیاه‌چاله‌ها کاربرد داشته باشد.
"مارلون برنس" از ابررایانه‌ها برای شبیه‌سازی سیستم‌های کوانتومی برای آزمایش این ایده استفاده کرده است.
وی یک متخصص عددی است، می‌گوید: شبیه سازی‌های عددی که من برای این پروژه انجام دادم، نهایتِ چیزی است که در حال حاضر می‌توان در سطح محاسبات با کارایی بالا انجام داد. این شبیه سازی‌ها به عنوان یک نتیجه اساسی خوب به ما کمک کرد تا مرزهای این نوع روش محاسباتی را گسترش دهیم و بدانیم که کدهای ما در بالاترین سطح هستند.
این مطالعه در مجله معتبر Physical Review Letters منتشر شده است.
منبع: ایسنا