ما هو الكيوبت؟

نعني حرفياً، اتجاهاً في فضاء ثلاثي الأبعاد! لنلقِ نظرة على مثال: سبين الإلكترون.

لا يتذكر كثير من الناس من فصل الكيمياء، لكن الإلكترونات مغناطيسات صغيرة! لدينا اسم لاتجاه قطبها الشمالي: السبين.

يمكن أن يشير المجال المغناطيسي للإلكترون لأعلى أو لأسفل أو في أي اتجاه بينهما.

لذلك، الإلكترون كيوبت: شيء صغير يشير في اتجاه.

يمكن أن تكون الفوتونات كيوبتات أيضاً. لها خاصية تُسمى الاستقطاب يمكن اعتبارها إشارة في اتجاه، عبر تحويل يُسمى كرة Poincaré. لن نتعمق فيها هنا.

هذا هو الجزء الصعب. يجب أن يكون الكيوبت صغيراً بما يكفي ليُعزَل عن كل شيء أو قوة قد تعتمد على أو تؤثر على حالته. عندئذٍ فقط يمكننا رؤية السلوك الكمومي، خاصة التشابك الكمومي، ينشأ.

يمكن أن يكون مغناطيس قضيب كيوبتاً، لكنه فوضوي جداً، الهواء يؤثر عليه، البشر يلمسونه، إنه كبير جداً. كل مرة يتفاعل معه شيء، يصبح متشابكاً مع المغناطيس. يُشرح التشابك الكمومي هنا. إذا أصبح كيوبتنا متشابكاً مع أشياء كثيرة لا نتحكم بها، لم نعد نستطيع التنبؤ بكيفية تصرفه. التشابك المفرط لشيء يُسمى فقدان التماسك. نكره عندما تفقد الأشياء تماسكها، لأنها لم تعد مفيدة ومتحكَّم بها. مغناطيسات القضبان تفقد تماسكها فوراً تقريباً.

وجدنا كثيراً من الكيوبتات التي لا تفقد تماسكها بهذه السرعة:

من الصعب جداً جداً قياس اتجاه المجال المغناطيسي للإلكترون، بل من المستحيل نظرياً. أقصى ما يمكنك فعله هو طرح سؤال بنعم/لا: هل يشير لأعلى أم لأسفل؟ (أو أي اتجاهين متعاكسين تختارهما.) يُسمى ذلك قياساً.

هذه في الواقع خاصية أساسية للكيوبتات: عند القياس، تحصل على إحدى نتيجتين فقط، عادة تُسمى «أعلى» و«أسفل»، أو 0 و1. تلك الخاصية، أن القياس يعيد دائماً إحدى نتيجتين، هي سبب تسمية الكيوبتات غالباً أنظمة كمومية ثنائية المستوى.

في المختبر يمكننا قياس ما إذا كان سبين إلكترون يشير لأعلى أم لأسفل. الطريقة التي نفعل بها هذا، لدينا ليزر خاص في المختبر يمكننا إطلاقه على الإلكترون.

نطلق ليزراً خاصاً عليه يُمتص فقط إذا كان سبين الإلكترون لأعلى. لذا إذا امتُص، نعرف أن السبين لأعلى!

أكبر مفاجأة: الكيوبتات موجودة بالفعل داخل تقنيات تستخدمها اليوم.