مع فيزياء الكم هناك فرصة أكبر وفقًا للمخطط الذي اقترحه الفيزيائيان الإسرائيليان أفشالوم إليتزور وليف فايدمان في عام 1993، حيث يمكن استخدام حيلة الكم لاكتشاف قنبلة ضوئية تعمل بالضوء وتظل آمنًا بنسبة 25٪ من الوقت.
فاحص قنبلة إليتزور – فيدمان
إن جهاز اختبار القنابل إليتزور – فيدمان تجربة عبر الأفكار تستخدم ميكانيكا الكم، أي تستخدم قياسات لا يوجد فيها التفاعل للتأكد من أن القنبلة تعمل من دون تفجيرها، حيث تم تصميمه في عام 1993 من قبل العالم أفشالوم إليتزور وليف فيدمان، فمنذ اكتشافهم أكدت تجارب العالم الحقيقي أن طريقتهم النظرية تعمل كما هو متوقع.
يستفيد جهاز اختبار القنبلة من خاصيتين للجسيمات الأولية؛ مثل الفوتونات أو الإلكترونات، وهي عدم التمركز وثنائية الموجة والجسيم، من خلال وضع الجسيم في تراكب كمي؛ من الممكن أن تتحقق التجربة من أن القنبلة تعمل دون أن تؤدي إلى انفجارها على الرغم من أنه لا يزال هناك احتمال بنسبة 50٪ أن تنفجر القنبلة أثناء هذا الجهد.
خلفية عن جهاز اختبار القنابل إليتزور – فيدمان
اختبار القنبلة هو قياس خالٍ من التفاعل، حيث إن فكرة الحصول على معلومات حول كائن ما دون التفاعل معه ليست فكرة جديدة، على سبيل المثال يوجد صندوقان يحتوي أحدهما على شيء والآخر لا يحتوي على أي شيء، فإذا تم فتح صندوقًا واحدًا ولم يرى شيئًا، سوف يكون الآخر يحتوي على شيء ما دون أن فتحه أبدًا.
تعود جذور هذه التجربة إلى تجربة الشق المزدوج ومفاهيم أخرى أكثر تعقيدًا ألهمتها، بما في ذلك قطة شرودنغر وتجربة ويلر للاختيار المؤجل، حيث يختلف سلوك الجسيمات الأولية اختلافًا كبيرًا عما نختبره في عالمنا المايكروسكوبي.
يمكن أن يكون سلوكهم الملحوظ هو سلوك الموجة أو الجسيم وسلوكهم الشبيه بالموجة يشير إلى ما يسمى التراكب، في هذه الحالة بعض خصائص الجسيم على سبيل المثال موقعه ليست محددة، بينما في حالة التراكب تكون جميع الاحتمالات حقيقية بشكل متساوٍ، لذلك إذا كان من الممكن أن يوجد الجسيم عمليًا في أكثر من موقع في بعض الحواس المفيدة من الناحية التجريبية؛ فهي موجودة في كل منها في وقت واحد.
يمكن لاحقًا انهيار موجة الجسيم من خلال ملاحظتها، وفي ذلك الوقت يكون موقعه أو غيره من الخصائص المقاسة في لحظة الملاحظة محددًا، ويمكن للمعلومات بعد ذلك بأن يتم استخلاصها ليس فقط عن الحالة الفعلية للجسيم، ولكن أيضًا عن الحالات أو المواقع الأخرى التي كانت موجودة فيها قبل الانهيار، ويمكن جمع المعلومات هذا حتى لو لم يكن الجسيم واقعيًا في أي من الحالات أو المواقع المعينة التي ذات فائدة.
كيف يعمل فاحص قنبلة إليتزور – فيدمان
للتجربة يتم استخدام مجموعة من القنابل التي تكون تعمل على الضوء، والتي يكون بعضها ذخائر فاشلة، فعندما تعرف محفزاتها أي ضوء؛ حتى فوتون واحد يتم امتصاص الضوء وتنفجر القنبلة.
إن المشغلات الموجودة على القنابل الفاشلة لا تحتوي على مستشعر، لذلك لن يتم امتصاص أي حادث ضوئي على القنبلة وستمر بدلاً من ذلك مباشرة، وبذلك لن تكتشف القنبلة الفاشلة أي فوتون ولن تنفجر، ولكن هل من الممكن تحديد القنابل الفعالة وأيها الذخيرة الفاشلة دون تفجير كل القنابل الحية.
العناصر التي يتكون منها فاحص قنبلة إليتزور -فيدمان
- قنبلة: حساسة للضوء لا يعرف ما إذا كانت حية أم عديمة القيمة.
- باعث الفوتون: ينتج فوتونًا واحدًا لأغراض التجربة.
- الفوتون: بعد انبعاثه ، ينتقل عبر الصندوق أدناه.
- اثنان من كاشفات الفوتون: يكونان في خارج الصندوق، وهما بجانب بعض مع فاصل الشعاع الثاني؛ حيث يمكن معرفة مكان الفوتون في أيٍّ منهما أو كليهما؛ ولكن لا يمكن اكتشافهما مطلقًا.
كما يتكون فاحص قنبلة إليتزور -فيدمان من صندوق يحتوي على
1-مرآة أولية نصف فضية: يدخل الفوتون الصندوق عندما يواجه فاصل الحزمة؛ حيث سيمر الفوتون إما عبر المرآة ويتحرك على طول المسار السفلي داخل الصندوق أو ينعكس بزاوية 90 درجة ويتحرك على طول المسار العلوي للصندوق.
2-القنبلة المعنية: القنبلة موجودة في الصندوق مسبقًا على الطريق السفلي؛ إذا كانت القنبلة حية قد لمست فوتون فمصيرها الانفجار وسوف تدمر هي والفوتون، ومع ذلك إذا كانت القنبلة غير صالحة؛ فإن الفوتون يمر بها ويبقى في طريقه على طول المسار السفلي.
3- زوج من المرايا العادية: توجد مرآة واحدة على كل مسار شعاع؛ حيث يتم وضعهم لإعادة توجيه الفوتون بحيث يتقاطع المساران مع بعضهما البعض في نفس موضع مقسم الحزمة الثانية.
4- مقسم الحزمة الثانية: مطابق للشعاع الأولي؛ حيث يتم وضع مقسم الحزمة هذا مقابل الأول، وعند التقاطع بين المسار السفلي والمسار العلوي بعد إعادة توجيههما بواسطة المرايا العادية عند مخرج الصندوق.
نظرية التراكب في جهاز اختبار القنابل إليتزور – فيدمان
يتم إنشاء التراكب في جهاز اختبار القنبلة بمرآة نصف فضية مائلة، والتي تسمح للفوتون بالمرور من خلالها أو ينعكس عليه بزاوية 90 درجة، وهناك احتمال متساوٍ أن تفعل أي منهما، إذ يدخل الفوتون في تراكب حيث يقوم بالأمرين معًا، ويمر الجسيم المفرد من خلاله وينعكس على المرآة نصف الفضية، ومنذ تلك اللحظة، يوجد الفوتون الوحيد في موقعين مختلفين.
على طول المسارين العلوي والسفلي؛ سيواجه الجسيم مرآة عادية موضوعة لإعادة توجيه المسارين نحو بعضهما البعض، ثم يتقاطعون عند مرآة ثانية نصف فضية، وعلى الجانب الآخر يتم وضع زوج من الكاشفات، بحيث يمكن اكتشاف الفوتون بواسطة أي من الكاشفين ولكن ليس من خلال كليهما مطلقًا.
من الممكن أيضًا ألا يتم اكتشافه بواسطة أي منهما، وبناءً على هذه النتيجة مع وجود قنبلة حية هناك احتمال بنسبة 50٪ أن تنفجر، وفرصة بنسبة 25٪ أن يتم تحديدها على أنها جيدة دون أن تنفجر، وفرصة بنسبة 25٪ ألا تكون هناك نتيجة.
تحسين الاحتمالات عن طريق التكرار
يمكن تقليل احتمال انفجار القنبلة بشكل تعسفي من خلال تكرار التفاعل عدة مرات، ويمكن نمذجة بطريقة ملائمة مع نموذج الدائرة الكمومية، حيث تم افتراض أن الصندوق الذي يحتمل أن يحتوي على قنبلة قد تم تعريفه للعمل على مسبار واحد كيوبت بالطريقة التالية:- إذا لم يكن هناك قنبلة، فإن الكيوبت يمر دون أن يتأثر.
- إذا كانت هناك قنبلة، فسيتم قياس الكيوبت، فإذا كانت نتيجة القياس | 0⟩، فسيعرض المربع | 0⟩، وإذا كانت نتيجة القياس | 1⟩، تنفجر القنبلة.
من خلال هذه العملية؛ يمكن لمختبِر (Elitzur-Vaidman) توفير 25٪ من القنابل الحية في الجولة الأولى من الاختبار، وفي عام 1994 أظهرت محاكاة لهذا بدون استخدام قنابل فعلية أنها نجحت، وبسبب قواعد ميكانيكا الكم وحقيقة أن الفوتونات تأخذ كل مسار ممكن حتى يتم اكتشافها يمكن إثبات أن بعض القنابل تعيش دون أن تتفاعل معها فعليًا.
