أدلة جديدة تظهر أن الحرارة تدمر التشابك الكمي

ولكن ليس من السهل الإجابة على جميع الأسئلة المتعلقة بالأنظمة الكمومية باستخدام الخوارزميات الكمومية. بعضها سهل بنفس القدر بالنسبة للخوارزميات الكلاسيكية، التي تعمل على أجهزة الكمبيوتر العادية، في حين أن بعضها الآخر صعب بالنسبة لكل من الخوارزميات الكلاسيكية والكمية.

لفهم أين يمكن أن تقدم الخوارزميات الكمومية وأجهزة الكمبيوتر التي يمكنها تشغيلها ميزة، يقوم الباحثون غالبًا بتحليل نماذج رياضية تسمى أنظمة الدوران، والتي تلتقط السلوك الأساسي لمصفوفات الذرات المتفاعلة. وقد يتساءلون بعد ذلك: ما الذي سيفعله نظام الدوران عندما تتركه بمفرده عند درجة حرارة معينة؟ وتحدد الحالة التي يستقر فيها، والتي تسمى حالة التوازن الحراري، العديد من خصائصه الأخرى، لذلك سعى الباحثون منذ فترة طويلة إلى تطوير خوارزميات للعثور على حالات التوازن.

وسواء كانت هذه الخوارزميات تستفيد حقًا من كونها كمومية بطبيعتها، فهذا يعتمد على درجة حرارة نظام الدوران المعني. وفي درجات حرارة عالية جدًا، يمكن للخوارزميات الكلاسيكية المعروفة القيام بهذه المهمة بسهولة. وتزداد المشكلة صعوبة مع انخفاض درجة الحرارة واشتداد قوة الظواهر الكمومية؛ في بعض الأنظمة، يصبح من الصعب جدًا على أجهزة الكمبيوتر الكمومية حلها في أي فترة زمنية معقولة. لكن تفاصيل كل هذا تظل غامضة.

“متى تذهب إلى الفضاء الذي تحتاج فيه إلى الكم، ومتى تذهب إلى الفضاء الذي لا يساعدك فيه الكم حتى؟” وقال إيوين تانغ، الباحث في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وأحد مؤلفي النتيجة الجديدة. “لا يُعرف الكثير.”

في فبراير، بدأ تانغ ومويترا بالتفكير في مشكلة التوازن الحراري مع اثنين من علماء الكمبيوتر الآخرين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: باحث ما بعد الدكتوراه يدعى أينيش باكشي وطالب الدراسات العليا في مويترا ألين ليو. في عام 2023، تعاونوا جميعًا على خوارزمية كمومية رائدة لمهمة مختلفة تتضمن أنظمة الدوران، وكانوا يبحثون عن تحدٍ جديد.

قال باكشي: “عندما نعمل معًا، تتدفق الأمور”. “لقد كان رائعًا.”

قبل تحقيق هذا الإنجاز في عام 2023، لم يكن الباحثون الثلاثة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قد عملوا مطلقًا على الخوارزميات الكمومية. كانت خلفيتهم في نظرية التعلم، وهو مجال فرعي من علوم الكمبيوتر يركز على خوارزميات التحليل الإحصائي. ولكن مثلهم مثل المبتدئين الطموحين في كل مكان، فقد نظروا إلى سذاجتهم النسبية باعتبارها ميزة، وطريقة لرؤية المشكلة بعيون جديدة. وقال مويترا: “إن إحدى نقاط قوتنا هي أننا لا نعرف الكثير عن الكم”. “الكم الوحيد الذي نعرفه هو الكم الذي علمنا إياه إوين.”

قرر الفريق التركيز على درجات الحرارة المرتفعة نسبيًا، حيث اشتبه الباحثون في وجود خوارزميات كمومية سريعة، على الرغم من عدم تمكن أحد من إثبات ذلك. وسرعان ما وجدوا طريقة لتكييف تقنية قديمة من نظرية التعلم إلى خوارزمية سريعة جديدة. ولكن بينما كانوا يكتبون ورقتهم البحثية، خرج فريق آخر بنتيجة مماثلة: دليل على أن الخوارزمية الواعدة التي تم تطويرها في العام السابق ستعمل بشكل جيد في درجات حرارة عالية. لقد تم حصدهم.

الموت المفاجئ يولد من جديد

شعرت تانغ ومعاونوها ببعض الانزعاج من احتلالهم المركز الثاني، وبدأت في التواصل مع ألفارو الحمراء، عالم الفيزياء في معهد الفيزياء النظرية في مدريد وأحد مؤلفي الورقة المنافسة. لقد أرادوا حل الاختلافات بين النتائج التي حققوها بشكل مستقل. لكن عندما قرأ قصر الحمراء المسودة الأولية لإثبات الباحثين الأربعة، تفاجأ عندما اكتشف أنهم أثبتوا شيئًا آخر في خطوة وسيطة: في أي نظام دوران في حالة توازن حراري، يختفي التشابك تمامًا فوق درجة حرارة معينة. قال قصر الحمراء: “لقد قلت لهم: أوه، هذا مهم جدًا جدًا”.