ما هو الكم؟

الكم يعني «على أجزاء». عندما بدأ العلماء العمل مع الأشياء الصغيرة كالإلكترونات والفوتونات، شاهدوا سلوكيات غير بديهية، أسموها سلوكيات «كمومية». لم تتناسب هذه السلوكيات مع نموذج العالم الذي عرفناه.

على سبيل المثال، يقول نموذجنا القديم إن للأشياء خصائص محددة جيداً، كالموقع، ويمكننا قياس هذا الموقع في كل الأوقات. ومع ذلك، وجدنا أن الإلكترونات لا تتصرف هكذا. تتصرف وكأنها ليست في موقع محدد على الإطلاق. يمكن أن تكون لها آثار بعيدة المدى تثبت أنها تتصرف كسحابة أكثر منها كجسيم. صاغ العلماء هذا بـ التراكب، لأنه مفهوم يتجاوز «الموقع».

على مدى الـ 50 عاماً التالية، أدمج العلماء هذه الملاحظات في نموذج جديد كلياً للكون. هذا النموذج أكثر تساهلاً، فيسمح بأشياء لم نظن أنها ممكنة. على سبيل المثال، لا يتطلب من الإلكترونات والفوتونات أن يكون لها موقع أو اتجاه أو سرعة محددة.

تبيّن أن هذا النموذج الجديد أكثر دقة بكثير من القديم.

منذ ذلك الحين، استحوذ الكم على الفيزياء. في أكبر مؤتمر للفيزياء في العالم، قمة APS العالمية للفيزياء 2025، كان أكثر من 75% من العارضين مرتبطين بالكم.

الآن، تُؤتي ثمار 100 عام من التقدم في ميكانيكا الكم أُكلها. تقنيات كمومية جديدة تدخل السوق ويمكنها كسر كثير من الافتراضات التي حملناها عن العالم. إليك بعض الأمثلة.

المجاهر

افترضنا أن هناك حداً لأصغر شيء يمكننا رؤيته بالضوء العادي. أسماه Ernst Abbe حد الانعراج. لرؤية شيء أصغر، اضطررنا إلى اختراع المجاهر الإلكترونية، حتى هذه لها حدودها الخاصة.

نعلم الآن أن هذا الحد لا يصمد إذا تمكنّا من التحكم في الفوتونات الفردية. لاختراع التصوير الضوئي المتشابك تطبيقات في التصوير البيولوجي وأكثر. [استشهاد]

الحواسيب

افترضنا أنه لا توجد طريقة لتحليل الأعداد الكبيرة إلى عواملها الأولية. في الواقع، بنينا تشفيرنا الحديث على هذا الافتراض.

نعلم الآن أن الحواسيب القائمة على السبين الإلكتروني بدلاً من الفولتية يُتوقع أن تكون قادرة على تحليل الأعداد الكبيرة بسهولة.

التصنيع

كان يُعتقد أن بعض أنواع الجزيئات لا يمكن صنعها أبداً، لأنها لا يمكن تكوينها بالتفاعلات الطبيعية.

ومع ذلك، يتيح لنا التصنيع الكمومي وضع الذرات في المواقع الصحيحة تماماً، مما يسمح لنا بإنشاء مواد كيميائية لم نحلم بها!

للكم ثلاثة مفاهيم أساسية فقط:

• القياس
• التراكب
• التشابك الكمومي

في الأدلة التالية، ستتعلم عن كل من هذه المفاهيم الأساسية بعمق.