درهم‌تنیدگی کوانتومی که اینشتین آن را به گفتن اتفاق شبح‌وار در یک فاصله توصیف کرده می بود، در پرتو یافته‌های پژوهش تازه پژوهشگران ژاپنی امکان پذیر کمتر ترسناک به نظر برسد.

به نقل از آسیا ریسرچ نیوز، فیزیک‌دانان «دانشگاه متروپولیتن اوساکا»(OMU) فرمول‌های تازه و ساده‌تری را برای تعیین کمیت درهم‌تنیدگی کوانتومی در سیستم‌های الکترونی با همبستگی قوی اراعه داده‌اند و از آنها برای مطالعه چندین ماده در مقیاس نانو منفعت گیری کرده‌اند. نتایج این پژوهش، دیدگاه‌های جدیدی را درمورد رفتارهای کوانتومی مواد با ویژگی‌های فیزیکی متفاوت اراعه می‌دهد که به پیشرفت در فناوری‌های کوانتومی پشتیبانی می‌کنند.

درهم تنیدگی کوانتومی یک اتفاق‌ بی همتا است که در آن دو ذره بعد از اتصال بدون دقت به این که چه مقدار از یکدیگر در فضا فاصله دارند، به هم مرتبط می‌همانند. این ویژگی بنیادین، یک نقش حیاتی را در فناوری‌های نوظهور همانند محاسبات کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بر مسئولیت دارد.

اگرچه پیشرفت‌های قابل توجهی در فهمیدن این اتفاق به کلمه شبح‌وار به دست آمده است اما دانشمندان تا این مدت خود را در پیچیدگی‌های آن دچار می‌یابند. «یونوری نیشیکاوا»(Yunori Nishikawa) مدرس دانشکده علوم تکمیلی دانشگاه متروپولیتن اوساکا و پژوهشگر ارشد این پروژه او گفت: پژوهش‌های قبل عمدتا روی خواص جهانی درهم‌تنیدگی کوانتومی در موادی متمرکز شده‌اند که دارای خاصیت مغناطیسی یا ابررسانایی می باشند.

این گروه پژوهشی، درهم‌تنیدگی کوانتومی را بین یک یا دو اتم انتخاب‌شده در یک سیستم الکترونی شدیدا همبسته و محیط اطراف آنها به صفر رساندند. سیستم‌های الکترونی با همبستگی قوی، موادی می باشند که در آنها تعامل‌های الکترون-الکترون بر حرکت سیستم غالب خواهد شد و حالت‌های کوانتومی غنی، پیچیده و زیاد تر درهم‌تنیده را پدید می‌آورند. این سیستم‌ها به گفتن بسترهای حاصل‌خیز برای بازدید درهم‌تنیدگی کوانتومی عمل می‌کنند.

پژوهشگران فرمول‌هایی را برای محاسبه کمیت اطلاعات کوانتومی کلیدی استخراج کردند؛ از جمله آنتروپی درهم‌تنیدگی که مقدار درهم‌تنیدگی یک سیستم را اشکار می‌کند، اطلاعات متقابل که داده‌های مشترک بین دو تکه از سیستم را مورد بازدید قرار می‌دهد و آنتروپی نسبی که به اندازه‌گیری تفاوت‌های بین حالت‌های کوانتومی می‌پردازد.

این اطلاعات برای فهمیدن این نوشته حیاتی می باشند که چطور قسمت‌های گوناگون یک سیستم کوانتومی با یکدیگر تعامل دارند و بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند. نیشیکاوا او گفت: هنگامی دریافتیم که فرمول آنتروپی درهم‌تنیدگی را می‌توان به طور زیاد ساده فرمود، شگفت‌زده شدیم.

پژوهشگران برای آزمایش این روش، فرمول‌های خود را روی مواد گوناگون از جمله مواد مغناطیسی مصنوعی در مقیاس نانو که در یک زنجیره خطی چیده شده‌اند و آلیاژهای مغناطیسی رقیق اعمال کردند. تحلیل آنها، الگوهای ضد درهم‌تنیدگی کوانتومی را در سیستم‌های مغناطیسی مصنوعی در مقیاس نانو نشان داد. در آلیاژهای مغناطیسی رقیق، آنها با پیروزی آنتروپی نسبی کوانتومی را به گفتن یک کمیت کلیدی برای ثبت اتفاق‌ موسوم به «تاثییر کوندو»(Kondo effect) شناسایی کردند که در آن ناخالصی مغناطیسی توسط الکترون‌های رسانا غربال می‌شود.

نیشیکاوا در ادامه گفت: حرکت درهم‌تنیدگی کوانتومی در مواد مغناطیسی مصنوعی در مقیاس نانو، انتظارات اولیه ما را نادیده گرفت و روزنه‌های جدیدی را برای فهمیدن تعامل های کوانتومی باز کرد.

این پژوهش، راه را برای کاوش‌های عمیق‌تر حوالی درهم‌تنیدگی کوانتومی هموار می‌کند که می‌توانند به پیشرفت در فناوری‌های کوانتومی بیانجامند. نیشیکاوا او گفت: فرمول‌های ما را می‌توان روی سیستم‌های فرد دیگر با خواص فیزیکی گوناگون نیز اعمال کرد. امیدواریم که الهام‌قسمت پژوهش‌های بیشتری باشیم و اطلاعات جدیدی را درمورد رفتارهای کوانتومی در مواد گوناگون اراعه دهیم.

این پژوهش در مجله «Physical Review B» به چاپ رسید.