الصحفيون يحبون الضجة الاعلامية. نعم ، بحيث يجذبون القارئ على الفور! لذلك ، يطرحون على الفيزيائيين أسئلة غير صحيحة:«متى سيظهر كمبيوتر كم يعمل؟ كم عدد Qubits سيكون في المعالج؟ ما هي الأدوات الكمومية التي ستغير حياتنا؟» إذا كان العالم يلوح بيديه رداً على ذلك ، فهذا لا يعني أنه لا يعمل بما فيه الكفاية. العلم الأساسي مشغول بالبحث ، والحصول على معرفة جديدة عن الطبيعة ، والتي لن تحقق بالضرورة فوائد عملية اليوم ، ولكن ربما في الغد.
كتب رئيس مختبر الهندسة الكمومية للضوء، البروفيسور سيرجي كوليك، مؤخرًا مقالًا حول هذا الموضوع ونشره على بوابة «تقنيات أمن المعلومات الكمومية».
تقنيات الكم (CT) - هي واحدة من الصناعات التي تتطور بسرعة مؤخرًا. في الوقت نفسه ، على عكس غيرها من خلال التقنيات ، تظل حصة الأبحاث الأساسية ، والتي هي نتيجة فرضيات ، نظريات ، طرق ، عالية للغاية هنا.
هذه الميزة المميزة ، من ناحية ، تعرض تقنيات الكم في فئة خاصة من التقنيات ، والتي من غير المرجح أن تظهر المنتجات الجماعية منها في السوق في المستقبل القريب.
من ناحية أخرى ، فإن ندرة المنتجات الحقيقية وسوء الفهم الجماعي لمؤسسات النظرية الكمومية تعطي الطعام لمختلف التكهنات: الأساطير حول قدرات أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والشبكات الكمومية والشبكات العالمية ، والإنترنت الكمومي ، وما إلى ذلك. . كل هذه المفاهيم ، بطبيعة الحال ، لها معنى علمي ، وتناقشها بين المتخصصين وهم وراء تطورات محددة عالية التكنولوجيا في الغد. ومع ذلك ، بمجرد أن يبدأ الهواة في الانخراط في تفسير التأثيرات الكمومية ، فإن المطلوب ينطلق من الجهة الفعلية ، وأحيانًا لا يستطيع الخبراء فهم ما يتم مناقشته: إما نتائج أحدث التجارب غير المعروفة ، أو هذا خيال مجاني للخيال الملتهب للمدون المترجم التالي.
يتفاقم الوضع بسبب تمويل مهم إلى حد ما مخصص من أموال ميزانية الدولة منذ عام 2018. جذب عشرات المليارات من الروبلات المخصصة للتنمية في مجال التصوير المقطعي انتباه ليس فقط العلماء ، ولكن أيضًا جميع أنواع المنشورات العلمية الشعبية والفنانين الأحرار الذين يلتقطون أخبارًا «مقليًة» من عالم العلوم. كان هو نفسه كرهينة مرارًا وتكرارًا لوعوده للإبلاغ عن آخر الأخبار من المختبر: المراسلين يهاجمون حرفيًا بطلبات للمشاركة ، وبأعذار خجولة «لا يوجد شيء حتى الآن ، اتصلوا بعد شهر» يعززون حماسهم: «ماذا لو كان هناك شيء بالفعل شيء ما ، كل الموضوع هو ان العلماء يختبئون فقط ... »
سأعطي مثالين. في كثير من الأحيان في المحاضرات التي توضح مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ، أقدم أطروحة مفادها أنه بالنسبة للجسيم الكمي لا يوجد مفهوم للمسار. في الواقع، في الميكانيكا الكلاسيكية يتم تحديد مسار (الجسيم) بواسطة الإحداثيات r والزخم p. في ميكانيكا الكم، ترتبط هذه الكميات الفيزيائية بالمشغلين (غير المتنقلين) r وṗ. ليس لدى هؤلاء المشغلين وظائف ذاتية مشتركة، وبالتالي، لا يمكن قياس الإحداثيات والزخم في وقت واحد (يرد هنا عرض مبتذل لتفسير مبدأ عدم اليقين).
وهذا يتناقض مع التجربة الشائعة في الحياة اليومية (في العالم الكلاسيكي): بالنسبة لحجر تم إلقاؤه في أي لحظة من الزمن، يمكنك الإشارة إلى كل من الإحداثيات والزخم!
ويتعلق مثال آخر بتفسير فئة خاصة من الحالات الكمومية متعددة المكونات تسمى الحالات المتشابكة. بالنسبة لأبسط أنواعها - زوج من الأنظمة ذات المستويين، اتضح أنه في حين أن كل شيء معروف عن الحالة ككل، فإن حالة الأنظمة الفرعية لم يتم تحديدها بالكامل. تُعد مثل هذه الحالات مصدرًا للمعلومات الكمومية: حيث تعتمد عليها العديد من بروتوكولات الاتصال الكمومي والحوسبة الكمومية والاستشعار الكمي.
يبدو التفسير المبتذل لهذه الخاصية للحالات المتشابكة كما يلي: قياس حالة أحد الأنظمة الفرعية يسمح لنا بمعرفة حالة الآخر على الفور، بغض النظر عن مدى بعده؛ ولذلك يمكن نقل المعلومات بسرعات أكبر من سرعة الضوء. هذه الحالات هي التي تكمن وراء«مفارقة آينشتاين-بودولسكي-روزين» الشهيرة، فضلاً عن انتهاك متباينات بيل. ومع ذلك، فإن حل المفارقة يعتمد على الجهاز الرسمي لميكانيكا الكم وخصائص مصفوفة الكثافة - يتم تدريس هذه الأقسام من الفيزياء في السنوات الثالثة أو الرابعة من الجامعات وهي بالكاد مألوفة للناس العاديين.
وإلى أن تظهر منتجات ضخمة حقيقية في التقنيات الكمومية، سيواجه العالم حتماً توقعات متضخمة من استخدامها، والتفسيرات الأكثر سخافة للأخبار الواردة من عالم العلوم.
مع ظهور مثل هذه المنتجات، سوف نعتاد عليها، وسوف تتلاشى الدلالة «المقلية» في الخلفية. في الواقع، عند الضغط على الأزرار الموجودة على جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون، فمن غير المرجح أن يفكر أي شخص بجدية في مبادئ تشغيله. وقبل حوالي 50 إلى 60 عامًا فقط، كانت الصورة المتحركة على الشاشة في صندوق صغير، من ناحية، نادرة، ومن ناحية أخرى، أثارت العديد من الأسئلة حول كيفية عملها.
ماذا من قائمة منتجات تكنولوجيا الكم التي يمكن أن تصبح ملكاً للمجتمع في المستقبل القريب، وإن لم يكن على مستوى أجهزة التلفاز أو الأجهزة، بل على الأقل المركبات الفضائية؟
ربما لا شيء... كما ذكرنا في بداية هذه المذكرة، تجري حاليًا أبحاث أساسية وتطبيقية مكثفة في تقنيات الكم الحديثة. إنهم يعتمدون على أحدث الأدوات في الفيزياء التجريبية، من أجهزة الكشف عن الفوتون الواحد ومصادر الفوتون الواحد إلى الآلات المبردة الكبيرة التي يمكنها تبريد كميات كبيرة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية تصل إلى ميكروكلفن (جزء من المليون من الدرجة على مقياس كلفن).
ربما يكون من الواضح إلى حد ما أن مثل هذه الأبحاث يتم إجراؤها من قبل متخصصين مؤهلين تأهيلا عاليا، والذين يستغرق تدريبهم سنوات، وأحيانا عقودا. عند الإجابة على سؤال حول المدة التي يستغرقها تدريب مثل هذا المتخصص، أجيب على شيء مثل هذا: يأتي الطلاب إلى مختبرنا في عامهم الأول. ست سنوات من الدراسة في كلية الفيزياء بجامعة موسكو الحكومية، بالإضافة إلى أربع سنوات من الدراسات العليا؛ المجموع حوالي 10 سنوات. خلال هذه الفترة، يتسارع الشباب تدريجيًا: يتعلمون العمل على المنشآت التجريبية، ويحافظون على أدائها وتحديثها (بمساعدة الفيزيائيين ، تُنسب المهارتان الأخيرتان عادةً إلى كفاءة ما يسمى مهندسي الكم - تخصص جديد في تكنولوجيا الكم).
في موازاة ، يتقنون برامج الدورات الجامعية بشكل عام والفيزياء الخاصة والرياضيات وغيرها من التخصصات. تم إدراج أكثر من سبعين وظيفة في البطانة على الدبلوم ، الذي يقيم المؤهل ، والذي يبدو في النسخة الرسمية من الدبلوم مثل هذا: «يشير هذا الدبلوم إلى أن إيفانوف إيفان إيفانوفيتش يتقن البرنامج التعليمي الرئيسي للتعليم المهني العالي (تدريب أخصائي) في التخصص «فيزياء الإشعاع الأساسية والإلكترونيات المادية والفيزيائي مؤهلة له».
هذا هو الوقت المناسب للقول إنه لا يزال هناك بعض منتجات التقنيات الكمومية. بالكاد يمكن أن يطلق عليهم ضخمة ، أي في متناول مواطن عادي ، كتلفزيون أو أداة مذكورة. على الأرجح ، لا يشتبه المواطنون العاديون في وجودهم ، وبالطبع لا يفهمون مبادئ عملهم. هذه المنتجات تنتجها الكتلة في الخارج وفي بلدنا. نحن نتحدث عن أحد عناصر تكنولوجيا الكم الثلاثي - الاتصالات الكمومية (العنصرين المتبقيين هما الحسابات الكمومية والحساسية الكمومية). النجاحات واضحة هنا: لقد مرت المعدات المقابلة بدورة الحياة الكاملة من التطور الأساسي من خلال البحث التطبيقي وأعمال التصميم التجريبي من خلال إنشاء التكنولوجيا وعينات محددة من المعدات لحماية المعلومات. اليوم ، تم تجهيز هذا الجهاز بشبكات الكم المحلية والرامية ، على أساسها ، يتم تطوير أنظمة الاتصالات الكمومية للفضاء ؛ باختصار ، فإن التطوير لا يقف صامدًا ، وربما ، في المستقبل القريب ، سيستغرق التشفير الكمومي مكانًا معينًا في نظام رفيع من منظمة الاتصالات الآمنة.
العودة إلى العدد الأولي للمنتجات الجماعية في مجال تقنيات الكم التي نلخصها: لا توجد منتجات جماعية ومن غير المرجح أن تظهر ؛ ليس لدى السكان على الأقل المبادئ الأساسية لعمل هذه المنتجات ومن غير المرجح أن تنشأ ؛ وفقًا لذلك ، في اجهزة الإدمان (فيما يتعلق بأجهزة التلفزيون/والجوالات) لن تظهر...
ماذا بعد؟ تقترح الاستمرار في العيش والعمل بهدوء: العلماء – يتعلمون إتقان أساليب وأساليب جديدة للكشف عن أسرار الطبيعة ؛ مهندسون الكم - تعليم العتاد ؛ المسؤولون - مراقبة الوفاء الصارم بالالتزامات التي اتخذت إلى صناديق الميزانية ؛ المواطنون المهتمين لتلقي التعليم الذي سيبحث على الأقل بشكل صحيح عن الأدب العلمي الشعبي مع شرح مناسب للمعجزات التكنولوجية المستمرة ؛ غير مهتم بالمواطنين - لا يسألون طبيعة الأسئلة غير الضرورية ...
ربما ، في النهاية ، تجدر الإشارة إلى أنه سيكون من السذاجة طلب من العلماء لتحقيق أهدافهم لفترة معينة ، وخاصة في مجال البحث الأساسي ، على الرغم من أن نظام تنظيم العلوم بأكمله يزن ذلك. بعد كل شيء ، نحن نتحدث عن محاولات لفهم قوانين الكون ، والتي تكون المصطلحات لها شيء نسبي للغاية.
أستاذ ، دكتوراه في الفيزياء والعلوم الرياضية سيرجي كوليك