انتقال آنی اطلاعات با عبور از فیزیک کلاسیک

از آنجا که فیزیک کلاسیک سرعت نور را حد نهایی سرعت مجاز می‌داند و شواهد موجود نیز این ادعا را تائید می‌کند، شاید بهتر است ما نیز در مقابل این محدودیت سر تسلیم فرود بیاوریم و دسترسی به فناوری استفاده از سرعت نور در دنیای مخابرات و اینترنت را غنیمت بشمریم، ولی محدودیت چیزی نیست که بتوان در فرهنگ لغات دانشمندان پیشرو، معادلی برای آن یافت. این دانشمندان از محدودیت سرعت نور در فیزیک کلاسیک عبور کرده و وارد دنیای شگفت‌انگیز فیزیک کوانتوم شده‌اند تا بتوانند سرعت انتقال اطلاعات را به حد نهایی آن، یعنی انتقال آنی و در لحظه در هر مسافتی ـ حتی میلیارها سال نوری آن طرف‌تر ـ برسانند و آن طور که از شواهد بر می‌آید موفقیت‌های چشمگیری نیز در این راه نصیبشان شده است.

محققان هلندی بتازگی موفق شدند اطلاعات کوانتومی را با وقفه زمانی صفر از یک پایانه به پایانه دیگر در فاصله سه متری منتقل کنند. به این پدیده «دورفرستی کوانتومی» گفته می‌شود که خود با استفاده از پدیده دیگری به نام درهم‌تنیدگی یا وابستگی کوانتومی کار می‌کند.

وابستگی کوانتومی چیست؟

پروفسور هنسن که سرپرستی این آزمایش را به عهده داشت وابستگی را این گونه تعریف می‌کند: «وابستگی احتمالا عجیب‌ترین و البته جالب‌ترین پیامد نظریه کوانتومی است. وقتی دو ذره وابسته می‌شوند، ماهیت آنها با یکدیگر مخلوط می‌شود؛ یعنی درحالی که ماهیت مجموع آن ذرات کاملا مشخص است، ماهیت فردی هر دو ذره ناپدید می‌شود.» اگر این موضوع برایتان حیرت‌آور و غیرقابل درک است اصلا جای نگرانی نیست، چراکه آلبرت اینشتین بزرگ هم این پدیده را «عملی عجیب و ترسناک از راه دور» می‌دانست. در واقع او و همکارانش اولین کسانی بودند که در مقاله‌ای این موضوع را که به نام اثر «ای پی آر» معروف است مطرح کردند و به دلیل دور از ذهن بودنش، آن را دلیلی برای رد اصول مکانیک کوانتومی دانستند. ولی گذر زمان به نفع اینشتین نبود و امروز شمارش معکوس برای رد قطعی ادعای او آغاز شده است. شواهد نشان می‌دهد در زمان انفجار بزرگ و آغاز آفرینش، بعضی از ذرات به ذرات کوچک‌تر فروپاشیده شده‌اند و ذرات کوچک‌تر و سبک‌تر جدید در جهت مخالف یکدیگر به حرکت در آمده‌اند. امروز این ذرات کوچک‌تر شاید چند میلیارد سال نوری با همدیگر فاصله داشته باشند ولی به‌دلیل همان باهم بودن اولیه، هنوز تغییر در وضع یکی بلافاصله وضع ذره دیگر را نیز تغییر می‌دهد. در واقع جهان یک مفهوم موضعی نیست و موجودات کوانتومی که مدتی با هم بر هم‌کنش کرده باشند هر قدر هم که از هم دور بیفتند باز تا اندازه‌ای در هم تنیده‌اند.

استفاده از وابستگی کوانتومی برای انتقال اطلاعات

فرض کنید دو ذره وابسته در اختیار دارید و آنها را در دو شهر (الف) و (ب) با فاصله چند کیلومتری از یکدیگر قرار می‌دهید. توفانی ویرانگر از شهر (الف) عبور می‌کند و همه وسایل ارتباطی را از کار می‌اندازد و به سمت شهر (ب) رهسپار می‌شود. اگر هشدار لازم بموقع به ساکنان شهر (ب) نرسد، تلفات و خرابی بسیاری به بار خواهد آمد. در این شرایط کافی است دانشمندان وضع کوانتومی ذره موجود در شهر (الف) را به گونه‌ای که از قبل با شهر (ب) هماهنگ شده تغییر دهند. دانشمندان مستقر در شهر (ب) تغییر وضع ذره وابسته را مشاهده می‌کنند و پیام هشدار بدون نیاز به هیچ‌گونه مجرای ارتباطی، با سرعتی سریع‌تر از سرعت نور به شهر (ب) می‌رسد. در واقع در این شیوه ارتباطی، اطلاعات از طریق فضای بین دو شهر منتقل نمی‌شود و نکته مهم‌تر این که اطلاعات برای انتقال به اجزای کوچک‌تر تجزیه نمی‌شود.

روش انجام آزمایش

این آزمایش اولین آزمایش دورفرستی کوانتومی نیست و پیش از این آزمایش‌هایی در مسافت‌های بالای صد کیلومتر نیز احتمال وجود وابستگی کوانتومی را مورد تائید قرار داده بود ولی به دلیل سرشت غیرقطعی نظریه کوانتوم در آن آزمایش‌ها درصد بالایی از عدم قطعیت در مورد نتایج آزمایش‌ها وجود داشت که این درصد در آزمایش جدید به میزان قابل توجهی کاهش یافته است.

محققان دانشگاه دلفت هلند برای انجام این آزمایش اتم‌های نیتروژن را درون بلورهای کربن الماس به دام انداختند. این کار به آنها امکان می‌دهد یک الکترون مجزا یا حتی هسته اتم نیتروژن را مورد مطالعه قرار دهند. مرحله بعدی تغییر آگاهانه یکی از ویژگی‌های ذاتی ذرات یعنی چرخش آنهاست. چرخش را می‌توان با اغماض و به خاطر نزدیکی به ذهن، جهت چرخش ذره در نظر گرفت. دلیل این که در این آزمایش از بلورهای کربن استفاده می‌شود این است که کربن قابلیت تبدیل به ریزتراشه را دارد و دانشمندان معتقدند برای این که بتوان در آینده از این ساز و کار در رایانه‌ها و اینترنت کوانتومی بهره برد، از هم اکنون آزمایش‌ها باید برمبنای آن هدف طراحی شود. تغییر چرخش یک ذره باعث شد چرخش ذره وابسته به آن که روی میزی در فاصله سه متری قرار داشت، بدون هیچ‌گونه دخالتی از جانب محققان متناسب با تغییر انجام گیرد ـ ونه دقیقا مانند آن ـ تغییر کند. مثلا اگر می‌دانیم مجموع ‌چرخش‌‌های دو ذره برابر صفر است و چرخش یکی از ذرات را از -1 به +1 تغییر دهیم، چرخش ذره دیگر همزمان از -1 به +1 تغییر می‌کند تا اسپین کل صفر باقی بماند. البته دلیل اصلی این رفتار ذرات هنوز کاملا ناشناخته باقی مانده و شاید به همین دلیل بود که ریچارد فاینمن، فیزیکدان برنده نوبل می‌گوید: «فکر می‌کنم می‌توان با قطعیت ادعا کرد هیچ‌کس مکانیک کوانتومی را نمی‌فهمد.»

چالش‌ها و مشکلات

افزایش آنی اطلاعات مسأله خیلی دور از ذهنی نیست. فرض کنید دو توپ تنیس درون یک کیسه قرار دارد و می‌دانیم یکی از آنها سفید و دیگری نارنجی است. فضانوردی یک توپ از کیسه خارج می‌کند و با چشمان کاملا بسته آن را در جیب خود قرار می‌دهد و به کهکشانی دیگر سفر می‌کند. به محض این که در کهکشان دیگر توپ را از جیب خود خارج می‌کند و می‌بیند رنگ آن سفید است، بدون هیچ وقفه زمانی در می‌یابد توپ باقیمانده داخل کیسه حتما نارنجی است؛ در حالی که اکنون میلیون‌ها سال نوری از آن فاصله گرفته است. البته این نوع انتقال اطلاعات صرفا افزایش دانش است و نه کنش از راه دور. در دورفرستی کوانتومی ماجرا کمی پیچیده‌تر است و آنچه شما در کهکشان جدید می‌بینید مستقل از آنچه در کهکشان قبلی روی می‌دهد، نیست. مثلا فرض کنید اگر شما ببینید توپ همراه شما سفید است، توپ دیگر قرمز می‌شود و اگر توپ همراه شما نارنجی باشد توپ دیگر سبز رنگ می‌شود و پیش از این که شما رنگ توپ خود را مشاهده کنید هیچ یک از توپ‌ها رنگ مشخصی ندارند. لفظ وابستگی در واقع به این موضوع اشاره دارد.

دانشمندان تا چندی پیش معتقد بودند دورفرستی کوانتومی از نسبیت خاص، که انتقال اطلاعات را محدود به سرعت نور می‌کند، تخطی نمی‌کند؛ چرا که آنچه در مورد توپ‌ها گفتیم فقط مشاهده یک واقعیت بیرونی است و پای انتقال آگاهانه اطلاعات در میان نیست. البته امروز اوضاع با چند سال گذشته تفاوت کرده و محققان دانشگاه دلفت از «انتقال آنی اطلاعات» سخن می‌گویند. پروفسور هنسن در این رابطه می‌گوید: «رقابت بزرگی بین پنج یا شش گروه برای اثبات اشتباه اینشتین در جریان است. پای صید یک ماهی واقعا بزرگ در میان است.» موضوع هر چه هست دانشمندان باید بسیار صبور باشند تا آنچه دو سال پیش در مورد نوترینوهای به‌ظاهر سریع‌تر از نور در مرکز اتمی سرن اتفاق افتاد، تکرار نشود. در آن سال هم فریادهای عجولانه اثبات اشتباه اینشتین خیلی زود به نجواهای تلخ عذرخواهی و نامه‌های استعفا در مرکز سرن تبدیل شد. واقعیت، اشتباه محققان در وصل‌کردن چند کابل بود.

مسعود توکلی / جام‌جم