تحضير حالات عشوائية ومقارنتها بأنظمة فوضوية كمية متعددة الجسيمات

تكتسب عمليات إنتاج الحالات الكَمية عشوائيًّا أهميةً متزايدة في علم الكم الحديث، لِما لها من تطبيقات نظرية وعملية. ومما تجدر الإشارة إليه، بصفةٍ خاصة، أن فهم التعقيد في الدارات الكمية والثقوب السوداء يعتمد أساسًا على مجموعاتٍ كهذه من الحالات الكمية الموزعة عشوائيًا، إلا أنها خالصة، فضلًا عن أنها تُستخدَم لقياس أداء الأجهزة الكمية في اختبارات الأفضلية الكمية. غير أنَّ إنشاء مجموعات عشوائية يستلزم مستوًى عاليًا من التحكم المكاني والزماني، لذا يستحيل إجراء مثل هذه الدراسات لفئة واسعة من الأنظمة الكمية.

وفي هذا البحث المنشور، ينجح الباحثون في حل هذه المشكلة عن طريق التنبؤ بظهور مجموعات من الحالات العشوائية ظهورًا طبيعيًّا وفق ديناميَّات محكومة بمعادلات «هاميلتون» وغير معتمدة على الزمن، ويرصدونها بالتجربة، ويستخدمون تلك الديناميَّات لتنفيذ بروتوكول لقياس الأداء يتسم بالكفاءة والقابلية للاستخدام على نطاق واسع. وقد تبيَّن لفريق العلماء أنَّ المجموعات العشوائية المرصودة تظهر من قياسات إسقاطية وتتصل اتصالًا وثيقًا بارتباطات عامة تتزايد تدريجيًّا بين نظامين فرعيين متفرعين من نظام كمي أكبر، ما يتيح معلومات ثاقبة جديدة عن عملية الاتزان الحراري الكمي.

واستنادًا إلى ذلك، وضع الباحثون مخططًا لتقدير الدقة، وأثبتوا إمكانية تطبيقه على نظام كمي لمحاكاة ذرات «ريدبيرج» بعدد إجمالي يصل إلى 25 ذرة باستخدام أقل من ⁴10 عينة تجريبية. وبرهنوا على أنَّ هذه الطريقة قابلة للتطبيق على نطاق واسع، بإثباتهم إمكانية استخدامها لتقدير المعاملات المحددة في معادلات «هاميلتون»، وقياس أداء عملية توليد الحالات المستهدفة، والمقارنة بين أجهزة كمية تناظرية ورقمية. من شأن هذا البحث أن يسهم في تعميق فهمنا للعشوائية في الديناميّات الكمية ويتيح تطبيق هذا المفهوم في سياق أوسع بكثير.