استخراج انرژی از فضا و انتقال آن به مکان جدید با استفاده از کامپیوتر کوانتومی!

این روزها مزایای محاسبات کوانتومی به‌راحتی قابل شمارش است، اما هیچ‌کدام از این فهرست‌ها شامل استفاده از آن برای استخراج انرژی، تله‌پورت کردن آن به جای دیگر و ذخیره آن برای استفاده در آینده نمی‌شود. این دقیقاً همان کاری است که محققان دانشگاه پردو در آمریکا در سال گذشته انجام داده‌اند، هرچند این ایده بیش از یک دهه پیش مطرح شده بود.

فیزیک کوانتومی هنوز یک حوزه نوظهور است و چیزهای زیادی در مورد آنچه به کمک آن می‌توان به دست آورد، ناشناخته باقی مانده است. دانشمندان در این زمینه مدام نظریه‌های جدیدی را مطرح می‌کنند که قبل از تبدیل شدن به قوانینی که درک ما از این حوزه را شکل می‌دهند، به‌طور گسترده آزمایش می‌شوند.

یکی از این قوانین بیان می‌کند که در قلمرو کوانتومی، فضای کاملاً کامل وجود ندارد. حتی اگر فضا از کوچک‌ترین اتم‌ها پاک شود، باز هم ذرات کوچک میدان‌های کوانتومی در آن باقی می‌مانند و حتی ویژگی‌های کوانتومی مانند درهم‌تنیدگی خواهند داشت.

تله‌پورت کردن انرژی

درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیده‌ای جذاب در فیزیک کوانتومی است که رفتار گروهی از ذرات را توضیح می‌دهد که حالت کوانتومی آن‌ها را نمی‌توان به‌صورت مستقل از یکدیگر توصیف کرد. این درهم‌تنیدگی حتی زمانی که فاصله زیادی بین ذرات باشد، ادامه دارد.

در سال ۲۰۰۸، ماساهیرو هوتا، محققی از دانشگاه توهوکو در ژاپن، پیشنهاد کرد که ذرات کوچک میدان‌های کوانتومی در فضاهای خالی، هنگامی که درهم‌تنیده شوند، می‌توانند برای تله‌پورت کردن انرژی استفاده شوند. این ایده بیش از یک دهه به‌عنوان یک آزمایش فکری باقی ماند تا زمانی که تحقیقات در زمینه محاسبات کوانتومی سرعت گرفت.

وقتی محققان آزمایش‌های هوتا را امتحان کردند، توانستند انرژی را تله‌پورت کنند، اما با یک مشکل جدید مواجه شدند؛ انرژی تله‌پورت شده به محیط نشت می‌کرد و نمی‌شد آن را ذخیره کرد.

یک تیم تحقیقاتی به رهبری سابر کایس، استاد شیمی، مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه پردو در آمریکا، اکنون با استفاده از محاسبات کوانتومی راه‌حلی برای این مشکل ارائه کرده است.

کیوبیت‌ها به عنوان منبع ذخیره انرژی

کایس و همکارانش مشکل ذخیره انرژی را با استفاده از ساده‌ترین مؤلفه محاسبات کوانتومی، یعنی بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها، حل کردند. آن‌ها در آزمایش خود از کیوبیت‌ها در پایین‌ترین حالت انرژی استفاده کرده‌اند.

در یک دنیای ساده‌تر، این به معنای کیوبیت‌ها در انرژی صفر است. اما می‌دانیم حتی خالی‌ترین فضاها نیز به دلیل ذرات کوچک میدان‌های کوانتومی دارای مقداری انرژی هستند. اگر دو کیوبیت درهم‌تنیده شده و سپس از هم جدا شوند، حتی کوچک‌ترین عمل‌ها می‌تواند حالت انرژی آن‌ها را تغییر دهد.

برای مثال، اگر اندازه‌گیری‌هایی روی حالت انرژی کیوبیت اول انجام شود، انرژی آن کمی افزایش می‌یابد که در انرژی کیوبیت درهم‌تنیده نیز موثر واقع خواهد شد. این تغییر در طرف دیگر قابل مشاهده نخواهد بود.

اما اگر فردی که اندازه‌گیری انجام می‌دهد دقیقاً تعیین کند که کیوبیت‌های درهم‌تنیده چقدر انرژی اضافی دارند، می‌تواند این انرژی را از کیوبیت درهم‌تنیده استخراج کند و دو کیوبیت را به پایین‌ترین حالت انرژی خود بازگرداند.

بر اساس تحقیقات کایس، این انرژی اضافی می‌تواند برای استفاده‌های آینده در کیوبیت دیگری ذخیره شود. محققان این روش را با استفاده از شبیه‌سازی روی یک کامپیوتر کوانتومی آزمایش کرده‌اند.

ممکن است استدلال شود که این بیشتر شبیه به یک شبیه‌سازی است تا یک آزمایش واقعی، اما با توجه به اینکه کامپیوتر کوانتومی محاسبه می‌کرد که آیا کیوبیت‌ها می‌توانند انرژی ذخیره کنند و در پاسخ همخوانی بالایی وجود داشت، این شبیه‌سازی نزدیک‌ترین حالت به یک آزمایش واقعی است.

گام بعدی، کایس و تیمش قصد دارند از این انرژی برای انجام واکنش‌های شیمیایی استفاده کنند که کاربردی بسیار واقعی‌تر به آن می‌دهد.

منبع: Interestingengineering