العودة   منتدى لغة الروح > لغة الفيزياء > الفيزياء العامة


الفيزياء الكمية: إحكام السيطرة على سوء السلوك

كل ما يخص الفيزياء العامة


إضافة رد
 
أدوات الموضوع انواع عرض الموضوع
#1  
قديم 04-18-2016, 09:03 PM
mo7med غير متواجد حالياً
لوني المفضل Cadetblue
 رقم العضوية : 647
 تاريخ التسجيل : Apr 2016
 فترة الأقامة : 1895 يوم
 أخر زيارة : 11-09-2017 (06:56 PM)
 المشاركات : 101 [ + ]
 التقييم : 30
 معدل التقييم : mo7med is on a distinguished road
بيانات اضافيه [ + ]
Post الفيزياء الكمية: إحكام السيطرة على سوء السلوك



الفيزياء الكمية: إحكام السيطرة على سوء السلوك

توصَّل الفيزيائيون إلى طريقة لتمييز النظم الكمية غير الموثوقة والتحكُّم فيها. وهنا يبحث خبيران أهمية هذه النتائج للعلوم الأساسية، والحسابات الكمية العملية، وعلم التشفير.


الصناديق الكَمِّيَّة السوداء


تأليف : ستيفانو بيرونيو


يُعدّ تمييز حالة وديناميات نظام مجهول مسألةً أساسية لمعظم الأنشطة العلمية. إنها عملية معقدة، تتضمن اكتساب وتفسير بيانات من مختلف الآلات، وتعتمد غالبًا على نماذج سابقة وتقريبات بحاجة إلى التحقق من صحتها لاحقًا.
ماذا نستطيع أن نقول عن سلوك نظام، لدينا عنه أدنى قَدْر من معلومات؟ لقد نظر رايشارت وزملاؤه في الحالة القصوى، حيث نظام كَمِّي ـ يُنظر إليه كصندوق أسود من منظور مراقِب خارجي ـ يمكن سبر غوره فقط عبر وسيط كلاسيكي رقمي بسيط: يستطيع المراقِب أن يسأل سؤالين فقط، وذلك بالضغط مثلًا على مفتاح 0، أو مفتاح 1؛ ويمكن للنظام تقديم إجابتين فقط: 0 أو 1، حسب ـ على سبيل المثال ـ لمعان أحد ضوءين، أو عدم لمعانه (الشكل 1).




الفيزياء الكمية: إحكام السيطرة السلوك الشكل 1 | التفاعل الكلاسيكي مع نظام كَمِّي. يعرض رايشارت وزملاؤه1 نظامًا كَمِّيًّا معقدًا اعتباطيًّا كـ«صندوق أسود» بمدخلات ومخرجات كلاسيكية بسيطة. يستطيع الباحث التجريبي أن يسبر غور النظام فقط بالضغط على مفتاح 0، أو مفتاح 1، وتكون مخرجات النظام إجابتين ممكنتين فقط، وهما: 0 أو 1، تبعًا للضوء اللامع يمينًا أو يسارًا.





لا يعلم المراقب ما يعنيه السؤال، أي الخواص قد سُبِرَت، ويجهل العملية التي أنتجت الإجابات. ويمكن طلب المعلومات من النظام عدد المرات التي نرغب فيها، لكن لا يوجد ضمان بأنها ستسلك الطريقة نفسها في كل مرة. والمعلومات التي يمكن الحصول عليها محدودة، بينما النظام وديناميّاته الكمية يمكن أن يكون معقدًا جدًّا.

في هذا السيناريو البسيط، يبدو الحصول على معلومات مفيدة عن الأعمال الداخلية للنظام المجهول ميئوسًا منه. ويمكن حقًّا لعمليات مختلفة للغاية إنتاج التتابع ذاته للإجابات، كما أنّ أيّ تتابع كهذا يمكن إنتاجه ببساطة بواسطة حاسِب تقليدي.

وهذا الموقف يصبح مثيرًا للاهتمام عندما يكون ـ حسب تقدير رايشارت وزملائه ـ هناك اثنان كتلك الأنظمة، «أ» و«ب»، عوضًا عن نظام واحد. إذًا، يمكن قول شيء غير تافه حول سلوكهما المشترك بمراقبة الارتباطات الممكنة بين هذين النظامين.
فلنفترض مثلًا أنه عند سَبْر كلا النظامين، فإن النظام «ب» سينتج دائمًا إجابة مرتبطة بالسؤال الموجَّه للنظام «أ»: إذا كان سؤال «أ» هو 0؛ ستكون مُخرَجات «ب» 0، وإذا كان سؤال «أ» هو 1؛ ستكون مخرجات «ب» هي 1. وسيتطلب الأمر نوعًا من التفاعل بين الصندوقين لإنتاج هذه الوتيرة من الإجابات. وإنْ لم يكن التفاعل ظاهرًا في البداية، نكون قد تعلّمنا شيئًا عن الديناميّات المشتركة للأنظمة، رغم أننا ربما لا نزال نجهل العمل الداخلي لكل نظام بمفرده.

اكتشف جون بيل2 في عام 1964 إحدى سمات النظرية الكمية، تسمى «عدم الموضعية/ المحلية الكمية»، حسب أي زوج مؤكَّد من الأنظمة الكمية تُظهر ارتباطات قوية تقريبًا، كما لو كانا كيانًا واحدًا، رغم أنهما يبدوان منفصلين وغير متفاعلين. ولإثبات ظاهرة «عدم الموضعية الكمية» تجريبيًّا، صمَّم كلاوسر، وهورن، وشيموني، وهولت اختبارًا إحصائيًّا، يُعرف بالأحرف الأولى من أسمائهم (CHSH)، يمكنه كَشْف الارتباطات غير الموضعية بين الأنظمة، دون أي افتراض حول عملها الداخلي3، كما في المثال البسيط السابق لمطابقة الأصفار (0s)، والآحاد (1s).

أظهر الباحثون منذ ذلك الحين أنه يمكن لاختبار CHSH، ليس فقط الكشف عن الارتباطات غير الموضعية بين صندوقين كَمِّيَّيْن أسودين، بل عن الخواص الفيزيائية الأخرى كذلك، كالعشوائية الكَمِّيَّة الناجمة عن الصناديق4، أو ـ في بعض الأحوال ـ طورها الكَمِّي المشترك5
. وهذا ممكن، نتيجةً لكون النظرية الكمية تفرض علاقات بين انعدام الموضعية (المحلية) والسمات الفيزيائية الأخرى. لقد تَتَبَّع رايشارت وزملاؤه ـ في تلك الدراسة ـ مسار الاستدلال هذا؛ وحققوا اختراقًا تقنيًا، إذ برهنوا على أن وجود قدر كاف من عدم المحلية ـ كما يقيسها اختبار CHSH ـ يميِّز (تقريبًا) بشكل كُلِّي حالة الترابط المشتركة والحركيات الفرادى للصندوقين الكَمِّيَّيْن الأسودين.

وبالإضافة إلى ذلك.. أظهر الباحثون أنّ اختبار CHSH يمكن استخدامه كأداة لتحقيق الديناميّات الكَمِّيَّة الاعتباطية والسيطرة عليها لدى نظامين كَمِّيَّيْن غير مفاعلين، دون اتخاذ افتراضات حول بنيتهما الداخلية. هذه النتائج ليست فقط رائعة من ناحية المفاهيم، لكنها ـ كما نوقش سابقًا ـ لها أيضًا تبعات عميقة بالنسبة إلى حسابات الكَمّ العمليّة، وعلم التشفير.
تُعد قطة شرويدنجر صورة شعبية لنظام كَمِّي كبير، لكن النمر البري قد يكون أكثر ملاءمة. وبعد كل شيء، فإن وصف الطور الكمي لعدد أقل من 1000 غزل كمي قد يتطلب 21000 من المُعاملات، وهو عدد يفوق عدد الجسيمات المقدَّر في الكون!
تلك الأطوار الكمية المعقدة أُسِّيًّا هي ما ستستخدمه بالضبط حاسبات الكم المستقبلية؛ لتحقيق سرعات رائعة تفوق الحسابات التقليدية، لكنّ زيادة التعقيد هذه سيف ذو حدين: أي أن النظم الكلاسيكية أيضًا لا يمكنها محاكاة النظم الكمية المعقدة بأي قدر معقول زمانيًّا ومكانيًّا، وبذلك لا يمكن التنبؤ بسلوكهم، ولا اختبار إنْ كانت تَسْلُك المتوقَّع منها6. وهناك سبب وجيه لعدم الثقة بأجهزة الكم: فهي هشة للغاية ومعقدة، وتصعب السيطرة عليها.
هل يمكننا أن نطلق سراح «النمر الكمي»؟ هل يمكننا اختبار إنْ كانت نظم الكَمّ المعقدة تتصرف كما ينبغي، بينما نثق فقط بأجهزتنا التقليدية القديمة الجيدة؟ لقد أثبت رايشارت وزملاؤه ذلك؛ وكانت الإجابة المعجزة: نعم.

كانت نقطة البداية للمؤلفين هي لعبة3 اختبار CHSH، حيث يلعب طرفان غير متواصلين ضد الحَكم (انظر الشكل 2 من البحث1). ونمطيًّا، يمكن للاعبين الفوز بنسبة %75 من الوقت فقط، لكن إذا تشاركوا طورًا كميًّا خاصًّا، يُسمَّى طور «أينشتين–بودولسكي–روزِن» الكمي (EPR)؛ فإن احتمال الربح يصبح %85. تجسِّد هذه النتيجة ما سماه أينشتاين «فِعلًا شبحيًّا على بُعد مسافة ما»، ويسمى كذلك «تشابكًا كميًّا»، يوفر وسيلة لاختبار ما إذا كان نظام الطرفين غير المتواصلين في طور ميكانيكي كميًّا، أم لا: العب لعبة CHSH وكرِّر اللعب، كل مرة بالحالة الابتدائية ذاتها، وانظر هل اللاعبون سيفوزون بأكثر من %75 من الألعاب، أم لا.

والآن، دعنا نعكس هذا المنطق. اتضح أنه إذا فاز اللاعبون في %85 من الألعاب، فإن حالة مشاركتهم الابتدائية يجب أن يكون لها طور «أينشتاين-بودولسكي–روزِن». إنّ إسهامات رايشارت وزملائه التقنية الرئيسة هي إصدار جديد قوي متعدد الألعاب من هذا الادعاء: إذا لعب اللاعبان ألعاب CHSH مرات عديدة في تتابع، بدءًا بطور ابتدائي تعاونيًّا متعدد الجسيمات، والفوز بما يقارب نسبة %85 المثلى من مرات اللعب، فينبغي أن يكون طور اللاعبين بكامله قريبًا من أطوار «أينشتاين-بودولسكي-روزِن» المستقلة على بعضها البعض. وهذا يعني أكثر بكثير من مجرد التحقق من حالة النظام الـ«كَمِّيَّة»، فهو يوثق حالة محددة لنظام كمي متشابك ضخم، ويفعل ذلك ببساطة بطرح متتابعة «أسئلة وإجابات» كلاسيكية على النظام الخاضع للاختبار (الشكل 1).

والاستيثاق من تشابك الأنظمة الكمية متعددة الجسيمات له معنى ضمني مهم بالنسبة إلأى علم التشفير عالي الأهمية أمنيًّا. التوزيع الكمي الأولي7QKD ذروة علم التشفير الكمي هو برتوكول يتيح بشكل لافت بتواصل طرفين سرًّا، حتى لو كان العالَم بأكمله يحاول التنصت.
ومع ذلك.. فإن تحقيق ذلك البروتوكول ليس مأمونًا تلقائيًّا بسبب عيوب بتلك الأجهزة. فمثلًا، تصدر أجهزة التوزيع الكمي الأولي أصواتًا8 تكشف معلومات حول الأسرار المتبادلة، مما يجعلها آمنة فقط ضد المتنصِّت الأصم. وقد وُجِد مرارًا أن تطبيقات التوزيع الكمي الأوَّلي غير آمنة وتتطلب تصويبات بسبب تلك الأمور. في 1998، تصوَّر مايرز وياو9 استخدامًا توثيق التشابك لتحقيق توزيع كمي أوَّلي «مستقل على الجهاز»، وهو آمن، حتى إذا كانت الأجهزة الكَمِّيَّة المستخدَمة لتواصل الطرفين مصنَّعة لدى المتنصِّت نفسه.
وبعد 15 عامًا من التقدم الجزئي المهم بواسطة باحثين آخرين، صنع رايشارت وزملاؤه أخيرًا القفزة النظرية المفقودة نحو هذا الهدف، إذْ قدَّموا توصيفًا لبروتوكول توزيع كمي أوَّلي، وبرهنوا أنه آمِن حتى عندما تكون الأجهزة مصمَّمة بشكل كَيْدي.

ويمكن توسيع بروتوكول المؤلفين؛ لاعتماد التطور الزمني الصحيح للتشابك بداخل الأطوار الكمية التي تُعَدّ أكثر تعقيدًا من مجموعة أطوار أينشتاين، وبودولسكي، وروزِن (EPR) المستقلة.
وبكلمات أخرى.. يشهد بروتوكولهم الموسع أن حسابات كمية عامة تم أداؤها كما زُعِم. كيف لتجريبي كلاسيكي التحقق من أن تلك الأطوار الكمية تم توليدها، رغم أنها أكثر تعقيدًا ـ بالنسبة إليه أو إليها ـ من أن تكتب؟ وقد سبق تحقيق هذه المهمة باستخدام اختبار «ميكانيكي كَمِّي» بدرجة ما10. قدَّم رايشارت وزملاؤه بمهارة اختبارًا تقليديًّا تمامًا باستخدام نهج مشابه بنهج شُرطِيّة تستجوِب لِصَّيْن عن جريمة لا تعرف عنها شيئًا؛ فتبحث عن تناقضات في إجاباتهما، وتمنعهما من تنسيق ردودهما. الافتراضات الوحيدة في بحث المؤلفين هي أن الحاسوب الكمي قيد الاختبار يمكن أن ينقسم إلى جزءين (طرفين) غير متفاعلين، وأن المُخْتَبِرين يمكنهم التواصل فرديًّا مع كل طرف.

ينبغي أن يصبح تطبيق بروتوكولات رايشارت وزملائه عمليةً، أي أكثر كفاءة، وتتحمل الخطأ. ومع ذلك.. تثبت البروتوكولات صحة مبدأ أنّ اختبار العمل الداخلي للأنظمة الكمية المعقدة اعتباطيًّا أمر ممكن، دون التدخل بفرضياتها. وسوف يتيح وضع البروتوكولات موضع التنفيذ اختبارات جديدة أكثر صرامة ـ بشكل كبير ـ لأجهزة معالجة المعلومات الكمية أكثر ممّا تمَّ سابقًا.

References

  • Reichardt, B. W., Unger, F. & Vazirani, U. Nature 496, 456–460 (2013).
  • Bell, J. S. Physics 1, 195–200 (1964).
  • Clauser, J. F., Horne, M. A., Shimony, A. & Holt, R. Phys. Rev. Lett. 23, 880–884 (1969).
  • Pironio, S. et al. Nature 464, 1021–1024 (2010).
  • McKague, M., Yang, T. H. & Scarani, V. J. Phys. A 45, 455304 (2012).
  • Aharonov, D. & Vazirani, U. in Computability: Turing, Godel, Church, and Beyond (eds Copeland, B. J., Posy, C. J. & Shagrir, O.) (MIT press, in the press).
  • Bennett, C. H. & Brassard, G. in Proc. IEEE Int. Conf. Computers, Systems and Signal Processing, Bangalore, 175 (IEEE, 1984).
  • Bennett, C. H., Bessette, F., Salvail, L. & Smolin, J. J. Cryptol. 5, 3–28 (1992).
  • Mayers, D. & Yao, A. Quant. Inf. Comp. 4, 273–286 (2004).
  • Aharonov, D., Ben-Or, M. & Eban, E. Proc. Innov. Comp. Sci., Beijing, 453–469 (Tsinghua Univ. Press, 2010).
من مجلة Nature

ساعد في نشر والارتقاء بنا عبر مشاركة رأيك في الفيس بوك



كلمات البحث

العاب ، برامج ، سيارات ، هاكات ، استايلات








رد مع اقتباس
إضافة رد

مواقع النشر (المفضلة)

الكلمات الدلالية (Tags)
السيطرة, سوء السلوك, فيزياء, كمية

أدوات الموضوع
انواع عرض الموضوع

تعليمات المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا تستطيع إرفاق ملفات
لا تستطيع تعديل مشاركاتك

BB code is متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

الانتقال السريع

Facebook Comments by: ABDU_GO - شركة الإبداع الرقمية

Bookmark and Share


الساعة الآن 06:49 AM.

أقسام المنتدى

لغة الفيزياء | الفيزياء العامة | الفيزياء الحديثة | الفيزياء النووية | المحاضرات عن بعد | تكنو فيز | الوسائط التعليمية | الفيديو العلمي | طرق وأساليب التدريس | الأجهزة التعليمية | البرامج والمواد التعليمية | فيزياء المرحلة الثانوية (نظام المقررات ) | الترجمة | الأخبار العلمية والتكنولوجيا | لغة الأدب | الأدب العربي | الأدب النبطي | لغتنا العربية | الركن الهادئ | لغة الذات | دورات وقراءات | الميديا التنموية | الروحانيات | اسأل طبيبك | استراحة المنتدى | لقاء العائلة | شاركنا أخبارك | التعارف والترحيب بين الأعضاء | منتدى الإدارة | القرارات الإدارية | تواصل مع الإدارة | منتدى الاقتراحات والملاحظات | ريشة فنان | منتدى المواضيع المحذوفة والمكررة | الفيزياء الطبية | مسار محاضرات الفيزياء | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الأول (1و2و3) | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الثاني (4و5و6) |



Powered by vbulletin
Copyright ©2000 - 2021.


HêĽм √ 3.1 BY: ! ωαнαм ! © 2010

أن المنتدى غير مسئول عما يطرح فيه أفكار وهي تعبر عن آراء كاتبها

This Forum used Arshfny Mod by islam servant

هذا الموقع يستعمل منتجات MARCO1

جميع الحقوق محفوظة لموقع لغة الروح |تصميم المتحدة لخدمات الانترنت