عادة، لقياس شيء ما، يجب أن نتفاعل معه بطريقة ما. سواء كان ذلك عن طريق النبض أو الوخز، أو كان صدى الموجات الصوتية، أو وابلًا من الضوء، فمن شبه المستحيل أن تنظر من دون لمس. وفي عالم فيزياء الكم، هناك بعض الاستثناءات لهذه القاعدة.
يقترح باحثون من جامعة آلتو في فنلندا طريقة “لرؤية” نبضة الموجة الصغرى من دون امتصاص وإعادة انبعاث أي موجات ضوئية. إنه مثال على قياس خاص خال من التفاعل، حيث تتم ملاحظة شيء ما دون أن يهتز بجسيم وسيط.
والمفهوم الأساسي لـ “النظر بدون لمس” ليس جديدًا. فقد أظهر الفيزيائيون أن من الممكن استخدام الطبيعة الشبيهة بالموجة للضوء لاستكشاف الفراغات من دون إثارة سلوكها الشبيه بالجسيمات عن طريق تقسيم موجات الضوء المتوافقة بدقة عبر مسارات مختلفة ثم مقارنة رحلاتها.
وبدلا من الليزر والمرايا، استخدم الفريق الموجات الدقيقة وأشباه الموصلات، ما جعله إنجازا منفصلا. واستخدم الإعداد ما يُعرف بجهاز الإرسال للكشف عن الموجة الكهرومغناطيسية النبضة في غرفة. وفي حين أن هذه الأجهزة كبيرة نسبيا وفقا لمعايير الكم، فإنها تحاكي السلوك الكمي للجسيمات الفردية على مستويات متعددة باستخدام دائرة فائقة التوصيل. وكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة: “القياس الخالي من التفاعل هو تأثير كمي أساسي حيث يتم تحديد وجود جسم حساس للضوء دون امتصاص الفوتون الذي لا رجعة فيه. هنا نقترح مفهوم الاكتشاف المترابط الخالي من التفاعل ونوضحه بشكل تجريبي باستخدام دائرة إرسال فائقة التوصيل من ثلاثة مستويات”.
اعتمد الفريق على التماسك الكمي الناتج عن نظامهم المخصص – قدرة الكائنات على احتلال حالتين مختلفتين في نفس الوقت، من أجل إنجاح الإعداد المعقد. ويقول عالم فيزياء الكم جورجي سورين باراوانو، من جامعة آلتو في فنلندا: “كان علينا تكييف المفهوم مع الأدوات التجريبية المختلفة المتاحة للأجهزة فائقة التوصيل. وبسبب ذلك، كان علينا أيضا تغيير البروتوكول القياسي الخالي من التفاعل بطريقة حاسمة: أضفنا طبقة أخرى من الكم باستخدام مستوى طاقة أعلى للإرسال. ثم استخدمنا التماسك الكمي للمستويات الثلاثة الناتجة كمورد”. وتم دعم التجارب التي أجراها الفريق بنماذج نظرية تؤكد النتائج. إنه مثال لما يسميه العلماء بالميزة الكمية، قدرة الأجهزة الكمومية على تجاوز ما هو ممكن مع الأجهزة الكلاسيكية. وفي المشهد الدقيق لفيزياء الكم، يكون لمس الأشياء أقرب إلى كسرها. لا شيء يفسد موجة احتمالية رائعة مثل أزمة الواقع. وفي الحالات التي يحتاج فيها الكشف إلى لمسة لطيفة، يمكن أن تكون طرق الاستشعار البديلة – مثل هذه – مفيدة. وتشمل المجالات التي يمكن تطبيق هذا البروتوكول فيها الحوسبة الكمية والتصوير البصري واكتشاف الضوضاء وتوزيع مفاتيح التشفير. في كل حالة، سيتم تحسين كفاءة الأنظمة المعنية بشكل كبير. يقول باراوانو: “في الحوسبة الكمومية، يمكن تطبيق طريقتنا لتشخيص حالات الفوتون الميكروي في بعض عناصر الذاكرة. ويمكن اعتبار هذا على أنه طريقة عالية الكفاءة لاستخراج المعلومات دون الإخلال بوظيفة المعالج الكمي”.
