گره‌گشایی از درهم‌تنیدگی کوانتومی با فرمول‌های جدید
درهم‌تنیدگی کوانتومی، پدیده‌ای که اینشتین آن را «اتفاق شبح‌وار در یک فاصله» نامید، اکنون با یافتن‌های تازه پژوهشگران ژاپنی کمتر ترسناک و قابل‌فهم‌تر به نظر می‌رسد.
به گزارش آینده، فیزیک‌دانان «دانشگاه متروپولیتن اوساکا» (OMU) فرمول‌های ساده و نوینی برای محاسبه میزان درهم‌تنیدگی کوانتومی در سیستم‌های الکترونیک با همبستگی قوی ارائه کرده‌اند و از این فرمول‌ها برای بررسی چند ماده در مقیاس نانو بهره برده‌اند. نتایج این تحقیق، دیدگاه‌های تازه‌ای درباره رفتارهای کوانتومی موادی با ویژگی‌های فیزیکی متفاوت فراهم می‌آورد که می‌تواند پیشرفت‌های فناوری‌های کوانتومی را تسریع کند.
🔗 بیشتر بخوانید: دانشمندان سرکوب درد را از انگل‌ها یاد می‌گیرند
درهم‌تنیدگی کوانتومی یک پدیده بی‌نظیر است که در آن دو ذره پس از برهم‌کنش، بی‌اعتنایی از فاصله فضایی میان خود، به یکدیگر متصل می‌مانند. این ویژگی پایه، نقش حیاتی در فناوری‌های نوظهور مانند محاسبه کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی ایفا می‌کند.
با وجود پیشرفت‌های قابل‌توجه در درک این پدیده، دانشمندان تا به امروز در پیچیدگی‌های ریاضی آن گیر کرده بودند. «یونوری نیشیکاوا» (Yunori Nishikawa)، مدرس دانشکده علوم تکمیلی دانشگاه متروپولیتن اوساکا و پژوهشگر ارشد پروژه، بیان کرد: تحقیقات پیشین عمدتاً بر ویژگی‌های جهانی درهم‌تنیدگی در موادی با خاصیت مغناطیسی یا ابررسانایی متمرکز بوده‌اند.
🔗 بیشتر بخوانید: پیشرفت سریع اینترنت اشیا صحنه تجهیزات پزشکی را منقلب می‌کند_آینده
این تیم پژوهشی، درهم‌تنیدگی کوانتومی را میان یک یا دو اتم منتخب در یک سیستم الکترونیک شدیداً همبسته و محیط اطراف آنها محاسبه کردند. سیستم‌های الکترونیک با همبستگی قوی، موادی هستند که در آنها تعاملات الکترون-الکترون بر پویایی سیستم غلبه دارد و حالت‌های کوانتومی غنی، پیچیده و پر از درهم‌تنیدگی را متولد می‌کنند. این سیستم‌ها بسترهای حاصلخیزی برای کاوش درهم‌تنیدگی کوانتومی محسوب می‌شوند.
پژوهشگران فرمول‌هایی برای استخراج کمیت‌های اطلاعاتی کوانتومی کلیدی استخراج نمودند؛ از جمله آنتروپی درهم‌تنیدگی که میزان درهم‌تنیدگی یک سیستم را آشکار می‌سازد، اطلاعات متقابل که داده‌های مشترک بین دو بخش از سیستم را بررسی می‌کند، و آنتروپی نسبتی که به اندازه‌گیری تفاوت‌های میان حالت‌های کوانتومی می‌پردازد.
🔗 بیشتر بخوانید: کشف ریشه‌های عصب‌شناختی بی‌انگیزگی؛ چرا مغز می‌گوید «حوصله ندارم»_آینده
این مقادیر برای درک نحوه تعامل و تأثیر متقابل بخش‌های گوناگون یک سیستم کوانتومی حیاتی هستند. نیشیکاوا اظهار داشت: وقتی متوجه شدیم فرمول آنتروپی درهم‌تنیدگی را می‌توان به صيغتی بسیار ساده‌تر بیان کرد، شگفت‌زده شدیم.
برای آزمون این روش، محققان فرمول‌های خود را بر روی مواد مختلفی از جمله مواد مغناطیسی مصنوعی در مقیاس نانو که به صورت زنجیره‌ای خطی چیده شده‌اند و آلیاژهای مغناطیسی رقیق اعمال کردند. تحلیل‌های آنها، الگوهایiód درهم‌تنیدگی کوانتومی را در سیستم‌های مغناطیسی مصنوعی نانو نشان داد. در آلیاژهای مغناطیسی رقیق، آنتروپی نسبتی کوانتومی به عنوان یک کمیت کلیدی برای شناسایی پدیده‌ی معروف «اثر کوندو» (Kondo effect) شناخته شد، که در آن ناخالصی مغناطیسی توسط الکترون‌های رسانا غربال‌گری می‌شود.
نیشیکاوا ادامه داد: پویایی درهم‌تنیدگی کوانتومی در مواد مغناطیسی مصنوعی نانو، انتظارات اولیه ما را نقض کرد و دریچه‌های جدیدی برای درک تعامل‌های کوانتومی باز نمود.
این پژوهش، مسیر کاوش‌های عمیق‌تر در حوزه درهم‌تنیدگی کوانتومی را هموار می‌سازد که می‌تواند به پیشرفت‌های فناوری‌های کوانتومی بیانجامد. نیشیکاوا بیان کرد: فرمول‌های ما قابل اعمال بر روی سیستم‌های دیگر با خواص فیزیکی متنوع است. امیدواریم که این کار الهام‌بخش پژوهش‌های بیشتری گردد و اطلاعات نوینی درباره رفتارهای کوانتومی در موادی گوناگون ارائه دهد.
نتایج این تحقیق در مجله «Physical Review B» منتشر شده است.