الأنيونات غير الأبيلية هي شبه جسيمات ذات خصائص إحصائية وطوبولوجية رائعة. وحتى وقت قريب، كانت هذه الجسيمات نظرية فقط، ولكن الآن قامت مجموعة بحثية من جامعة هارفارد بإنشائها لأول مرة في المختبر. قد يشجع هذا الاكتشاف الشركات في مجال الحوسبة الكمومية على استخدام الأنيونات غير الأبيلية لإنشاء كيوبتات متينة.
في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، هناك نوعان من الجسيمات: البوزونات، التي لها دوران كامل، والفرميونات، التي لها دوران كسري في مضاعفات النصف. تُعرف البوزونات بالجسيمات الحاملة للقوة، بما في ذلك الفوتونات والجلونات، وأيضًا جسيم هيغز الشهير. في المقابل، تشكل الفرميونات المادة في الكون، فالإلكترونات والكواركات وغيرها (إلى جانب الهياكل الأكثر تعقيدًا مثل البروتونات والنيوترونات) كلها فرميونات ذات نصف دوران.
إلى جانب خاصية الدوران، توضح نظرية إحصائيات الدوران أنه عند تبادل جسيمين، يمكن أن يتراكم الطور. بالنسبة للبوزونات، الطور هو 0، أو بمعنى آخر، لا يتراكم أي طور. من ناحية أخرى، بالنسبة للفرميونات، يتم تجميع مرحلة من الحجم pi، وهو ما يساوي ضرب الدالة الموجية بسالب واحد. أولئك الذين يعرفون القليل عن توراة غاليت يعرفون أن هذه المرحلة هي سمة موجية وبفضلها يتم إنشاء أنماط مثيرة للاهتمام من النضال. في علم البصريات، عندما تتداخل أشعة الضوء مع بعضها البعض، يمكن لفرق الطور تحديد الإضاءة المقاسة. في الكم، قد تغير المراحل المختلفة سعة الاحتمال المقاسة.
بالفعل في القرن الماضي، عرف الفيزيائيون أن هذه ظاهرة ناشئة عن حقيقة أن كوننا ثلاثي الأبعاد. من ناحية أخرى، في عالم ثنائي الأبعاد، يمكن أن توجد أنواع أخرى من الجسيمات، بما في ذلك الأنيونات. اسم Anyons، هو خبز زوج الكلمات أي واحد، وتم اختياره لوصف حقيقة أنه في تبادل اثنين من الأنيونات يتم تجميع مرحلة عامة، وليس فقط صفر أو pi (لاحظ أن هذه ليست الأنيونات، بشكل سلبي الذرات المشحونة). تم اكتشاف الأنيونات نظريًا في الثمانينيات من قبل فرانك فولتشيك (الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل لاكتشافاته في مجال القوة القوية) واستخدمت لاحقًا لشرح تأثير هول الهش.
الآن، قامت مجموعة بحثية بقيادة أشوين وفيشواناث من جامعة هارفارد وبالتعاون مع شركة Quantinuum بملاحظة لأول مرة في العالم الأنيونات غير الأبيلية، وهو نوع معين من الأنيونات التي كانت حتى الآن نظرية تمامًا. تم نشر هذا الاكتشاف في مجلة Nature المرموقة الأسبوع الماضي، وقد أحدث بالفعل ضجة في صناعة الحوسبة الكمومية. بالمقارنة مع تلك الموصوفة في النموذج القياسي، الأنيونات (والأنيونات غير الأبيلية) هي أشباه جسيمات. وتأتي عبارة أشباه الجسيمات للتأكيد على أن هذه ليست جسيمات أولية، وأنها تنشأ نتيجة لإثارة فريدة من نوعها في المادة. يخلق هذا الإثارة حالة كمومية مثيرة للاهتمام تشبه الجسيم ولكنها تضمحل مع مرور الوقت.
ما الفرق بين الأنيونات "العادية" (bleb) والأنيونات غير الفقاعية؟
إلى جانب حقيقة أن الأنيونات لا يمكن أن توجد إلا على الأسطح ثنائية الأبعاد، فإن الطور المتراكم من تبادل الجسيمين يمكن أن يكون أي رقم مركب حجمه المطلق يساوي واحدًا. تُسمى هذه الإحصائية بإحصائيات أبيليان، وهي تقول بشكل أساسي أن ترتيب تبادل أزواج الأنيونات لا يهم حقًا، وستكون المرحلة الإجمالية هي نفسها.
في المقابل، تكون الأنيونات غير الأبيلية أكثر تعقيدًا لأن ترتيب الاستبدال مهم. لنفترض أن لدينا ثلاثة أنيونات غير متكافئة مرتبة على التوالي. إذا قمنا بتبادل زوج الأنيونات في المواضع 1-2 أولاً ثم زوج الأنيونات في المواضع 2-3، فسنحصل على نتيجة مختلفة عما لو قمنا بالتبديل العكسي، أي لو قمنا بتبادل 2-3 أولا ثم 1-2. بمعنى ما، هذه جسيمات لها "بعض الذاكرة". يتم التعبير عن الذاكرة في المسار الذي تتحرك فيه الأنيونات.
بصرف النظر عن حقيقة أنها تمت ملاحظتها لأول مرة، فإن حماس المجتمع العلمي للأنيونات غير الأبيلية ينبع من إمكانات التطبيق الهائلة في عوالم الحوسبة الكمومية. اتضح أن مسارات الأنيونات في الفضاء تخلق طبولوجيا مثيرة للاهتمام ومن خلالها يمكن تشفير المعلومات المقاومة للضوضاء. على عكس الكيوبتات الدقيقة والصاخبة، فإن الأنيونات غير الأبيلية مستقرة نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، بفضل الذاكرة المدارية، من الممكن استخدامها لإنشاء كيوبتات عالية الجودة يمكن استخدامها حتى في النظام المعرض للأخطاء.
"إن استخدام الجسيمات الغريبة يمهد طريقًا آمنًا لبناء حاسوب كمي مستقر، والأنيونات غير الأبيلية تحل العديد من المشاكل الناشئة عن الكيوبتات الصاخبة"، كما يقول تانتيوسيدكارن، أحد مؤلفي المقال.
لإنشاء الأنيونات غير الأبيلية، استخدم الباحثون مصيدة أيونات الكم التي تحتوي على 32 نواة من الإيتربيوم (27 كيوبتًا قابلة للاستخدام في هذا الكمبيوتر). وبفضل تأثير القياس في ميكانيكا الكم، أجرى الباحثون قياسًا ذكيًا لتلك الأيونات وتسبب في انهيار المعالج إلى المرحلة المطلوبة. بعد ذلك أثبت الباحثون أنهم قادرون على تحريك الأنيونات، موضحين أن لها خصائص غير أبيلية، وزعموا أنه يمكن استخدامها لإجراء العمليات الحسابية.
في المقال المعني، احتفل الباحثون بالاكتشاف وقالوا إن "استخدام القياس لإنشاء حالة كمومية لم يعد خيالًا علميًا. لقد أصبحت الأنيونات غير الأبيلية أشياء مادية يتم ملاحظتها في المختبرات.
للاطلاع على المقال العلمي اضغط هنا
هل لديك سؤال علمي؟ مرحبًا بك للدردشة معي على عنوان البريد الإلكتروني: noamphysics@gmail.com
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
الردود 3
ماذا تقدمون لنا من مفاهيم متفجرة تعتبر بالنسبة لنا رطانة لم أفهم منها كلمة واحدة. ارتباك كبير في الدماغ.
إن القدوس تبارك وتعالى يستطيع أن يفعل أكثر من كل الهراء المكتوب هنا !!
فقط أبانا الذي في السماء!
ما هذا الجمال، المجد للملك المحترم
سوف نرى