يتم الآن تسخير العالم الغريب لفيزياء الكم لبعض حالات الاستخدام الرائعة ؛ في أحدث الأمثلة طور الفيزيائيون وأظهروا نموذجًا أوليًا لـ “رادارًا كميًا” يستخدم ظاهرة التشابك الكمي لاكتشاف الأجسام ، وهو نظام يمكن أن يتفوق في النهاية على الرادار التقليدي في بعض الظروف .

الرادار الكمومي

الرادار الكمومي هو عبارة عن تقنية ناشئة للاستشعار عن بعد تعتمد على ارتباطات الكم على وجه الخصوص التشابك الكمي والكشف عن الكم الناتج إذا تم تطويره بنجاح ، فإنه سيسمح لنظام الرادار باختيار الإشارة الخاصة به حتى عندما تغمره ضوضاء الخلفية ، وهذا يسمح لها باكتشاف الطائرات الخفية ، وتصفية محاولات التشويش المتعمد والعمل في المناطق ذات الضوضاء العالية في الخلفية على سبيل المثال، بسبب فوضى الأرض ، وتم اقتراح أول تصميم عملي لرادار الكم في عام 2015 ميلاديًا من قبل فريق دولي ، ويستند إلى بروتوكول الإضاءة الكمومية الغوسية .

ما هو التشابك الكمي

يصف التشابك الكمي الحالة الغريبة حيث يمكن ربط جسيمين بإحكام شديد بحيث يبدو أنهما يتواصلان على الفور ، بغض النظر عن المسافة بينهما ؛ سيؤدي قياس حالة جسيم إلى تغيير حالة الآخر على الفور ، وافتراضيًا حتى لو كان على الجانب الآخر من الكون ، وهذا يعني أن المعلومات تتحرك بشكل أسرع من

سرعة الضوء

، والتي يُعتقد أنها مستحيلة ومع ذلك ، فهي تحدث بوضوح وقياس حتى أن هذه الظاهرة أثارت قلق آينشتاين نفسه ، الذي وصفها بأنها “عمل مخيف عن بعد” .

على الرغم من أننا ما زلنا لا نفهم تمامًا سبب أو كيفية عملها ، إلا أن ذلك لا يمنع العلماء من اكتشاف طرق لاستخدامها لصالحنا ، حيث يتم اتخاذ خطوات كبيرة نحو إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية وإنترنت كمومي ، وكلاهما سيكون سريعًا للغاية ولا يمكن اختراقه ؛ والآن، في دراسة جديدة قام بها علماء الفيزياء في معهد العلوم والتكنولوجيا النمسا (IST النمسا) ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة يورك تم تطبيق الظاهرة على الرادار .

كيف يعمل الرادار الكمومي

يعمل الرادار عن طريق إرسال موجات الراديو أو الموجات الدقيقة ، ثم الاستماع إلى كيفية ارتدادها إلى جهاز الاستقبال ، مما يرسم صورة واضحة عن الأجسام الموجودة في المنطقة ؛ يعمل نظام النموذج الأولي الجديد على نفس المبدأ الأساسي ، لكنه يرسل الفوتونات المتشابكة الكمومية .

واحد من كل زوج متشابك هو الفوتون “إشارة” ، بينما يسمى الآخر “المهمل” و

الفوتونات

الإشارية هي تلك التي يتم إرسالها نحو الشيء محل الاهتمام،وفي غضون ذلك ، يتم عزل هؤلاء المهملون عن أي تدخل ، وعندما ينعكس الفوتون الخلفي مرة أخرى، فإنه يتغير ، مما يؤثر على الفور على الفوتون المهمل ، ويمكن للجهاز بعد ذلك التحقق من المهمل وتحديد ما إذا كان الكائن المستهدف موجودًا أو غائبًا في المنطقة .

يتم فقدان التشابك الكمي الحقيقي بين نوعي الفوتونات عندما تنعكس الإشارة ، ولكن يتم الاحتفاظ بمعلومات كافية لإنشاء توقيع يمكنه تحديد قراءة كائن .

خذ على سبيل المثال خاصية الدوران؛ عند الحديث عن الجسيمات ، لا يشير الدوران إلى الدوران الفعلي ، ولكنه تشبيه قطبية الجسيم ؛ لنفترض أن لديك جسيمات متشابكة A و B فإنه حتى يتم قياسها ، فإن حالة دورانها غير مؤكدة (بدلاً من ذلك، فهي موجودة في جميع الحالات في وقت واحد، بفضل التراكب) ، وبمجرد قياس الجسيم A ، هذا يجعل الدوران في حالة محددة لنفترض أن حالة الجسيم A تساوي 1 الآن إذا قمت بقياس الجسيم B ستجد أن لها دوران يساوي –1 .

هل يسمح التشابك بإرسال الإشارات

على الرغم من أن هذا التشابك مثير للإهتمام إلا أنه لا يسمح للجسيم بإرسال إشارة إلى شريكه المتشابك ، كما تشير العديد من المقالات الإخبارية. يقول “سيث لويد” ، وهو مهندس ميكانيكي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) : في إشارة إلى رفض آينشتاين الشهير لنظرية التشابك الكمي : إن العمل المخيف عن بعد مضلل إلى حد ما وأن ما قاله آينشتاين في الواقع يبدو أفضل باللغة الألمانية ، وهذا يعني شيئًا مختلفًا قليلاً ما يهم هو ، إذا أرسلت جسيمًا متشابكًا فإن كل ما يحدث لا ينقل أي معلومات إلى الجسيم في المختبر . [1]

ما يوفره التشابك هو وسيلة للتحقق من أن الفوتونات التي يلتقطها المتلقي هي نفسها التي أرسلها ، وذلك لأن الجسيمات التي تعود ما زالت تحمل بعض أثر تشابكها مع تلك التي تم الاحتفاظ بها .

يقول “لويد” : ما يفعله التشابك الكمي في الأساس هو تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء لكمية معينة من الطاقة لذا ، فإن جزءًا صغيرًا من هذه الفوتونات يمكن أن يسمح للمشغل باكتشاف الأجسام حتى في مستويات حساء البازلاء من الضوضاء ، وهو أمر جيد لأنه لا يوجد كاشف رادار هو حارس بوابة مثالي فكلهم يلتقطون الضوضاء .

دور الإضاءة الكمية في الرادار الكمومي

من الإضاءة إلى الرادار تعمل الإضاءة الكمية بشكل أفضل عندما تكون مستويات إشعاع الخلفية أعلى بالنسبة إلى قوة الإشارة ومع ذلك استخدم إطار “لويد” الفوتونات في الطيف المرئي ، وليس هناك الكثير من إشعاع الخلفية المفيدة في النطاق المرئي .

ومع ذلك انخفض إلى تردد أقل ، ويزداد إشعاع الخلفية بشكل كبير هذا هو بالضبط ما اقترحته مجموعة من الباحثين متعددي الجنسيات في عام 2015 ميلاديًا ؛ حيث أنه باستخدام محول خاص، قالوا إنه يمكن أن يتشابك الفوتونات مع الموجات الدقيقة ، ويتم إرسال الفوتونات – ما يسمى بجسيمات المهمل – مباشرة إلى الكاشف ، بينما تنبعث الموجات الدقيقة وإذا وجد أي من الموجات الدقيقة طريقه إلى جهاز الاستقبال ، فإن المحول يحولها إلى فوتونات قبل تحويلها إلى الكاشف وبمجرد وصولها إلى الكاشف ، يمكن مقارنة هذه الفوتونات بالميكروويف مع رفاقها المتشابكين سابقًا .

كانت هذه الورقة هي نفسها التي حددت الحد الأقصى لرادار الكم بأقل من 7 أميال ؛ وكلما كانت الفوتونات الأطول خاملة في الكاشف بانتظار عودة الموجات الدقيقة المصاحبة لها – زادت الخسارة التي تتعرض لها ، والفوتونات الضائعة لا تؤدي إلى مقارنات مفيدة .

الرادار الكمومي و الرادار الكلاسيكي

الرادار الكمومي أفضل من الرادار الكلاسيكي في بعض الظروف حيث تعتبر التقنية الجديدة أكثر فاعلية في انتقاء كائن مستهدف من ضجيج الخلفية من الرادار منخفض الطاقة .

ويقول “شبير برزنجه” (المؤلف الرئيسي للدراسة) : ما أثبتناه هو دليل على مفهوم رادار

الميكروويف

الكمومي ، وباستخدام التشابك الناتج عن بضعة آلاف من الألف من درجة أعلى من الصفر المطلق (-273,14 درجة مئوية) ، تمكنا من اكتشاف أجسام انعكاسية منخفضة عند درجة حرارة الغرفة .

وإلى جانب تحسين أنظمة الرادار ، يقول الفريق إن التكنولوجيا الجديدة يمكن أيضًا تطبيقها في النهاية على الماسحات الضوئية الأمنية والتصوير الطبي للأنسجة البشرية .

أخيرًا هذا لا يعني أن الرادار الكمومي هو حلم مزعج لمجتمع الدفاع ، لكن من المعروف أن مشاريع الدفاع السرية تفاجئ المجتمع العلمي في الماضي ، ومع ذلك في المدى القريب ، يمكن أن يكون الرادار الكمومي مفيدًا بشكل لا يصدق للتطبيقات عن قرب، مثل الطب ، حيث يسمح التصوير منخفض الطاقة للأطباء برؤية ما هو بداخل الأشخاص دون الإضرار بالأنسجة . [2]