فوائد ميكانيكا الكم

إن الإطار الفيزيائي في ميكانيكا الكم هو المسؤول عن أي عدد من الظواهر الغريبة، مثل القطط النظرية التي هي ميتة وحيوية في نفس الوقت في قطة شرودنجر، والجسيمات المتباعدة على بعد كيلومترات التي يمكنها مع ذلك التواصل على الفور، والفوتونات غير الحاسمة التي تسير بطريقة ما في اتجاهين في وقت واحد، وهذه كلها تدل على أهمية ميكانيكا الكم.

فوائد ميكانيكا الكم

إن نظرية التقدير الكمي هي إعادة صياغة لنظرية إحصائية عشوائية باستخدام اللغة الحديثة لميكانيكا الكم، ففي الواقع يلعب عامل الكثافة دورًا مشابهًا لدوال توزيع الاحتمالات في نظرية الاحتمالات الكلاسيكية والإحصاءات، ومع ذلك فإن استخدام وظائف التوزيع الاحتمالي في النظريات الكلاسيكية يتم إنشاؤه على أساس الأماكن التي تبدو واضحة بشكل حدسي بما فيه الكفاية، بينما في نظرية الكم يختلف الوضع مع المشغلين بسبب طبيعته غير التبادلية.

من خلال استغلال هذا الاختلاف، تهدف نظرية التقدير الكمي إلى الوصول إلى دقة قياس فائقة قد تكون مستحيلة مع الموارد الكلاسيكية، حيث تم مراجعة جميع المبادئ الأساسية لنظرية التقدير الكلاسيكية،  وبعد ذلك توسيع التحليل ليشمل نظرية التقدير الكمي.

ونظرًا لعدم قابلية التبديل لميكانيكا الكم فقد تم اثبات العائلات المختلفة لمؤشرات الجودة المالية (QFIs) و (QCRBs) المقابلة، وتم مقارنة هذه الحدود وإمكانية الوصول إليها في حالات تقدير المعلمة الواحدة والمتعددة، وتم تقديم (HCRB) باعتباره البديل الأكثر إفادة بالمعلومات والمناسب لبروتوكولات تقدير العوامل المتعددة.

ونظرًا لأن الحالة الكمومية للضوء هي الأكثر سهولة من الناحية العملية، فقد تم دراسة نظرية تقدير الكم مع شكليات هذه الأنواع من الحالات الكمومية، حيث صيغت بعمومية كاملة نظرية التقدير الكمي للحالات الغاوسية من حيث اللحظتين الأولى والثانية، وعلاوة على ذلك تم توضيح الدافع وراء استخدام الموارد الكمومية الغاوسية ومزاياها في الوصول إلى حدود الكم القياسية في ظل ضوضاء.

ميكانيكا الكم في التقدم التكنولوجي

إن ميكانيكا الكم، هي التقدم التكنولوجي الذي يجعل الحياة الحديثة ممكنة، فبدون ميكانيكا الكم لن يكون هناك ترانزستور، وبالتالي لن يكون هناك حاسوب شخصي، ولا يوجد ليزر، وبالتالي لا توجد مشغلات (Blu- ray)، حيث أن العالم جيمس كاكاليوس أراد أن يفهم الناس مدى تأثير ميكانيكا الكم على الحياة اليومية، ولكن للقيام بذلك يجب أولاً فهم ميكانيكا الكم.

ينطلق كاكاليوس لمعالجة كلا المهمتين في القصة المذهلة لميكانيكا الكم، وهي معالجة يمكن الوصول إليها وخالية من الرياضيات في الغالب لواحد من أكثر الموضوعات تعقيدًا في العلوم، وللحفاظ على حيوية الأمور يوزع المؤلف الرسوم التوضيحية والتماثلات من قصص باك روجرز وغيرها من حكايات الخيال العلمي الكلاسيكية، فلقد تبين في كتاب كاكاليوس ما الذي جعل ميكانيكا الكم ممكنًا، وكيف تقارن رؤى الخيال العلمي المبكرة للمستقبل بالحاضر كما هو معروف.

من خلال ما يسمى وجهة نظر العامل لميكانيكا الكم، تبين أنه إذا تم القبول بإيمان ثلاث أفكار غريبة، وهي أن الضوء هو فوتون، حيث أن هذه المادة لها طبيعة طول موجي مرتبطة بحركتها، وأن كل شيء مثل الضوء والمادة له زخم أو دوران زاوي جوهري يمكن أن يكون له فقط قيم منفصلة.

واتضح أنه يمكن بعد ذلك رؤية كيفية عمل الليزر، ويمكن رؤية كيفية عمل الترانزستور أو القرص الصلب لجهاز الكمبيوتر الخاص أو التصوير بالرنين المغناطيسي، ومجموعة من التقنيات التي تؤخذ كأمر مسلم به والتي تحدد هذه الحياة بشكل كبير.

كانت هناك أجهزة كمبيوتر قبل الترانزستور، حيث تم استخدام الأنابيب المفرغة كعناصر منطقية، فلجعل جهاز كمبيوتر أكثر قوة يعني أنه يجب أن يكون هناك المزيد من الأنابيب المفرغة، حيث كانت كبيرة وتولد الكثير من الحرارة وكانت هشة، حيث كان يجب جعل الغرفة والكمبيوتر كبيرًا جدًا، وبالتالي إذا تم استخدام الأنابيب المفرغة فإن الحكومة وعدد قليل من الشركات الكبيرة فقط هي التي تمتلك أقوى أجهزة الكمبيوتر، فلن يكون هناك الملايين منها، و لن يكون هناك سبب لربطهم جميعًا معًا بالإنترنت، ولن تكون هناك شبكة ويب عالمية.

أهمية ميكانيكا الكم في الطاقة

أحد أهم النتائج المهمة لميكانيكا الكم هو وجود موجة متعلقة بحركة كل المادة، بما في ذلك الإلكترونات في الذرة، حيث توصل شرودنغر إلى معادلة تقول، أخبرني بالقوى المؤثرة على الإلكترون ويمكنني أن أخبرك بما تفعله موجته في أي وقت في المكان والزمان، وقال ماكس بورن إنه من خلال التلاعب بهذه الدالة الموجية التي طورها شرودنجر يمكن معرفة احتمال العثور على الإلكترون في أي نقطة في المكان والزمان.

من ذلك، اتضح أن الإلكترون يمكن أن يكون له فقط طاقات منفصلة معينة داخل الذرة، حيث تم اكتشاف هذا تجريبيا، وهذا هو مصدر الطيف الخطي الشهير الذي تعرضه الذرات وهذا يفسر سبب ظهور أضواء النيون باللون الأحمر في حين أن مصابيح الشوارع الصوديوم لها مسحة صفراء.

لكن الحصول على فهم فعلي لمصدر هذه الطاقات المنفصلة، هو أن الإلكترونات والذرات يمكن أن يكون لها فقط طاقات معينة دون غيرها، وهو أحد أكثر الأشياء المدهشة في ميكانيكا الكم، حيث يبدو الأمر كما لو أحدهم يقود سيارة على مضمار سباق ولا يُسمح له إلا بالسير بمضاعفات 10 أميال في الساعة، وعندما تأخذ ذلك وتجمع العديد من الذرات معًا تتسع كل تلك الطاقات لتشكل مجموعة من الطاقات الممكنة.

كيف ساهمت ميكانيكا الكم في عمليات الليزر

إن الليزر يتيح الحصول على أقراص مضغوطة وأقراص DVD والعديد من الأشياء الأخرى، حتى أن الشيء نفسه ينطبق على الترانزستور، إذ تم تطويره لأول مرة لتضخيم إشارات الراديو، وكان هناك أجهزة راديو ترانزستور حلت محل الأنابيب المفرغة التي تم استخدامها، والآن يتم استخدامها أيضًا كعناصر منطقية وهي 1 و 0، فإذا تم تطبيق جهد على ترانزستور فيمكن بشكل أساسي فتح أو إغلاق بوابة والسماح للإلكترونات بالتدفق أو جعل تدفق الإلكترونات أمرًا صعبًا للغاية.

وبالتالي هناك حالتان مختلفتان للتيار، وهو مرتفع ومنخفض، حيث يمكن استدعاء 1 أو 0، ويمكن الجمع بينهما بطرق ذكية للقيام بعمليات منطقية مع الآحاد والأصفار، وترميز المعلومات، وتطوير لغة من 1 و 0 والتلاعب بها بهذه الطريقة، ومرة أخرى هذه لم تكن الفكرة الأولى للأشخاص الذين طوروا الترانزستور.

فمن المحتمل أن يكون هناك ترانزستورات في مستشفى عادي أكثر من نجوم مجرة ​​درب التبانة، وأيضا في جميع أجهزة الكمبيوتر وجميع الأجهزة الإلكترونية التي تم استخدامها فقط للتطبيقات الطبية، لذلك فقد غيرت الحياة حقًا بطريقة عميقة جدًا.

يتم طرح الكم كثيرًا كتسمية للأشياء التي، لم يتم فهمها وغالبًا ما يتم وضع عددًا من الظواهر في فئة غامضة من الغرابة الكمية، حيث يتم استخدامه كثيرًا كجهاز تجميع، واقتراح أفكار غريبة وغير بديهية لشرح الملاحظات وتطوير عواقب هذه الأفكار واختبارها بشكل أكبر، وبعد ذلك إذا كانت تتوافق مع الواقع، فإن قبولها ليس فريدًا لميكانيكا الكم، وهذا ما يسمى فيزياء.