الجسيم الزمني: المرحلة المادية المثيرة للجدل التي تحدّ قانون الحرارة الثانية والزمن المستقبل للكمبيوتر الكوانتمي

الجسيم الزمني: المرحلة المادية المثيرة للجدل التي تحدّ قانون الحرارة الثانية والزمن المستقبل للكمبيوتر الكوانتمي. الجسيم الزمني هو المرحلة المادية المثيرة للجدل التي تمت رؤيتها لأول مرة من قبل الفيزيائي النوبيلي فرانك ويلتزش في عام 2012. لا تُشبه هذه المرحلة الجسيمات العادية التي تتميز بترتيب الذرات في الفضاء، بل تظهر ترتيبًا متكررًا في الزمن، مما يؤدي إلى دورانها بشكل دوري دون الحاجة إلى طاقة خارجية. هذه الاكتشافات تحدّ قانون الحرارة الثانية لأنها تشبه انتهاك قانون الاضطراب. ونتائج جديدة من قبل فريق من الباحثين في جامعة هارفارد وجامعة ماريلاند تمكنوا من إنشاء الجسيم الزمني في نظام الذرات المضغوطة، مما يفتح الباب للاستخدام في الكمبيوتر الكوانتمي الذي هو أكثر استقرارًا وضبطًا.. مقدمة: ما هو الجسيم الزمني؟ في عالم الفيزياء، الجسيمات العادية مثل الزمرد أو الكوارتز تتميز بترتيب الذرات في ثلاثة أبعاد في الفضاء. ومع ذلك، في عام 2012، قدم الفيزيائي النظري فرانك ويلتزش فكرةRadical: ماذا إذا كانت هناك مرحلة مادية حيث تكرر الذرات في الزمن؟ أطلق على هذه المرحلة اسم 'جسيم الزمن' time crystal . وتم اعتبار هذه الفكرة في البداية مستحيلة لأنها تشبه انتهاك قانون الحرارة الثانية الذي يصرح بأن الاضطراب في نظام مغلق لا يمكن أن يقل. ومع ذلك، تم إثبات هذه المرحلة من خلال العديد من الدراسات التي أظهرت أن الجسيم الزمني لا يزال موجودًا في النظرية، بل يمكن إنشاؤه في المختبر. اكتشاف أولي وcontroverse فكرة ويلتزش تلقت استجابة حارة من المجتمع الفيزيائي. في عام 2015، اقترح فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، أن الجسيم الزمني يمكن أن يُنشأ باستخدام نظام الذرات المضغوط في مجال الليزر. ومع ذلك، تم انتقاد هذه الاقتراح لأنها لا تزال تحتاج إلى طاقة خارجية لضبط دورانها. واستمرت الجدل حتى عام 2017، عندما تمكن فريقان من الباحثين من إنشاء الجسيم الزمني بشكل مستقر. الآلية الفيزيائية وراء الجسيم الزمني يعمل الجسيم الزمني على أساس قانون التكرار الزمني المكسور time-translation symmetry breaking . في نظام عادي، إذا توقفت الزمن، سيكون جميع الجسيمات في حالة واحدة. ومع ذلك، في الجسيم الزمني، سيكون الجسيمات في حالة دوران مستمر حتى توقف الزمن. وتم استخدام نظام الأيون اليتربيوم المضغوط في مجال المغناطيسي من قبل فريق من جامعة ماريلاند، بينما استخدم فريق من جامعة هارفارد ذرات النيتروجين في الزمرد. وأظهرت كلتا الحالتين دورانًا مستمرًا دون فقدان طاقة. تحدي قانون الحرارة الثانية يصرح قانون الحرارة الثانية بأن الاضطراب في نظام مغلق لا يمكن أن يقل. ومع ذلك، يبدو أن الجسيم الزمني يخالف هذا القانون لأنها تتميز ب دوران مستمر دون الحاجة إلى طاقة خارجية. ومع ذلك، يُظهر التفسير العلمي أن الجسيم الزمني لا يخالف قانون الحرارة الثانية لأنها تعمل في حالة عدم توازن. واستخدمت هذه المرحلة طاقة من البيئة لضبط دورانها، ولكن هذه الطاقة لم تُستخدم من داخل النظام. وهذا هو اكتشاف جديد يغير فهمنا للحرارة والمراحل المادية. التأثير على الكمبيوتر الكوانتمي واحدة من التطبيقات الأكثر إثارة للاهتمام للجسيم الزمني هي في مجال الكمبيوتر الكوانتمي. وقubit وحدة أساسية للمعلومات الكوانتمية حساسة جدًا للتدخلات من البيئة، مما يؤدي إلى خطأ في الحسابات. ومع ذلك، يمكن للجسيم الزمني أن يؤدي دور 'المنزع' الذي يلين على قubit من التدخلات هذه. وتم إجراء دراسة جديدة من قبل فريق من جامعة هارفارد التي نُشرت في Nature في عام 2023، والتي أظهرت أن الجسيم الزمني يمكن أن يُستخدم لضبط قubit في الكمبيوتر الكوانتمي، مما يسمح بالحسابات الأطول والأكثر دقة. وهذا هو خطوة كبيرة نحو الكمبيوتر الكوانتمي الذي هو أكثر استقرارًا وضبطًا. التحديات والمستقبل ومع ذلك، يظل هناك تحديات كثيرة يجب أن تُتخذ. ومع أن الجسيم الزمني الذي تم إنشاؤه في المختبر يظل فقط في فترة زمنية قصيرة - في حدود الملي ثانية. ومع ذلك، يجب أن يُطول عمر الجسيم الزمني إلى دقيقة أو أكثر. ومع ذلك، فإن درجات حرارة التشغيل المنخفضة جدا قريبة من الصفر المطلق تُشكل تحديًا في استخدامها في الأجهزة اليومية. ومع ذلك، مع تقدم التكنولوجيا في التبريد والتحكم الكوانتمي، يعتقد الباحثون أن الجسيم الزمني سيصبح جزءًا أساسيًا من التكنولوجيا المستقبلية. الخاتمة الجسيم الزمني هو اكتشاف مثير للدهشة في الفيزياء الحديثة. ومع ذلك، لا يزال يُعتبر تحديًا كبيرًا. ومع ذلك، يُفتح الباب للاستخدام في الكمبيوتر الكوانتمي، والمرشحين الحساسة للغاية، وربما حتى في أنظمة تخزين الطاقة. وأما العالم الفيزيائي يمر بثورة، ويتجلى الجسيم الزمني كنجومته الرئيسية.