علماء يبتكرون مكعب روبيك الكم ويكتشفون أفضل طريقة لحله

في عالم فيزياء الكم الذي يُعد بالفعل لغزا معقدا، أضاف العلماء بعدا جديدا لهذه التعقيدات بابتكارهم مكعب روبيك كمومي، هذا المكعب ليس مثل مكعب روبيك التقليدي الذي يعتمد على التباديل، بل يمتلك عددا لا نهائيا من الحالات الممكنة ويتيح تحركات جديدة غريبة لحله.
- مكعب روبيك الكلاسيكي مقابل المكعب الكمومي
المكعب الكلاسيكي هو ما يُعرف بلغز التبديلات، حيث يتعين على اللاعبين إجراء حركات معينة لترتيب الأحرف الملونة بطريقة معينة، وفي حالة مكعب روبيك التقليدي، يوجد حوالي 43 كوينتيليون توليفة ممكنة، يتطلب حلها إجراء حركات محدودة لإعادة ترتيب المكعب إلى الحالة "المُحلولة".
أما بالنسبة للمكعب الكمومي، فالأمر يختلف تماما فإضافة الحركات الكمومية مثل القدرة على نقل قطعة إلى حالة تراكب كمومي، حيث تكون القطعة قد تحركت ولم تتحرك في نفس الوقت، يجعل عدد الحالات الممكنة لا نهائيا.
- التجربة الكمومية: حل الألغاز الكمومية بطرق جديدة
اختبر الفريق هذه الفكرة على نسخة بسيطة من اللغز التقليدي، وهو شبكة مربعة من 2×2 تحتوي على بلاطين زرقاء وخضراء، كانت الحالة المحلولة هي وضع البلاطين الخضراء فوق البلاطين الزرقاء، في صورته الكلاسيكية، كان هناك ستة ترتيب محتمل فقط، يمكن الوصول إليها من خلال تبادل البلاط بشكل عمودي وأفقي.
لكن، عندما أُضيفت العناصر الكمومية إلى اللعبة، فإن البلاط لم يعد مجرد بلاطات بسيطة، بل أصبح يُنظر إليها كـ "جسيمات كمومية" متشابكة، مما أضاف بُعدا جديدا للغز التقليدي.
- حل الألغاز الكمومية: المقارنة بين الحلول الكلاسيكية والكمومية
في التجربة، تم استخدام ثلاث أنواع من الحلّالين: أحدهم حلّال كلاسيكي، وآخر حلّال كمومي، وآخر جمع بين الحركتين، كان الحلّال الذي جمع بين الحركتين الكمومية والكلاسيكية هو الأسرع، حيث تمكّن من حل اللغز في متوسط 4.77 حركة، بينما حلّال الكموميات قام بحل اللغز في 5.32 حركة، بينما استغرق الحلّال الكلاسيكي متوسط 5.88 حركة.
- هل يتفوق الحل الكمومي؟
رغم تفوق الحل الكمومي في سرعة حل اللغز، إلا أن هناك بعض الحالات التي قد يحقق فيها الحل الكلاسيكي أسرع الحلول، خاصة في حال كانت الحالة المبدئية تتناسب مع واحدة من الحالات الست الكلاسيكية. لكن بالنسبة للمستقبل، من المتوقع أن تظهر ميزة الكم بشكل أكبر في الألغاز الأكثر تعقيدًا.
- التحدي الكمومي: فحص الحلول الكمومية
في هذا النوع من الألغاز الكمومية، يصبح التحقق من الحل جزءًا أساسيًا من العملية، حيث يتم التحقق من الحل باستخدام "حكم"، إذا تم قياس الحالة الكمومية وتبين أنها لا تتوافق مع الحل المحلول، يتم إعادة خلط اللغز ليبدأ اللاعب من جديد.
- التوسع في الألغاز الكمومية: مكعب روبيك الكم ثلاثي الأبعاد
قام الفريق بتطوير نسخة ثلاثية الأبعاد من اللغز الكمومي باستخدام شبكة 2×2×1، ورغم أنها لم تكن مكعبًا كاملًا، إلا أن النسخة الثلاثية الأبعاد أيضا تمتع بخصائص الكم ولها عدد لا نهائي من الحالات الممكنة.
- مستقبل الألغاز الكمومية في الفيزياء
من الممكن أن يتم بناء هذه الألغاز الكمومية باستخدام صفوف من الذرات شديدة البرودة المعلقة في شبكات بصرية، لكن في الوقت الحالي، تظل هذه الألغاز في مرحلة الفكر الرياضي. نشر البحث في مجلة Physical Review A ويُتاح حاليا على خادم الأبحاث الأولية arXiv.
- إرث فيزياء الكم في الألغاز الرياضية
ابتكار مكعب روبيك الكم يمثل خطوة مهمة في تطبيقات فيزياء الكم على الألغاز الرياضية. مع تزايد تعقيد الألغاز، يتوقع الباحثون أن يكون لمزايا الكم تأثير أكبر في حل الألغاز الأكثر تطورًا، مما يفتح المجال لتطورات جديدة في عالم الفيزياء الرياضية.

المصدر:  interestingengineering.com