النسخة الأصلية ظهرت هذه القصة في مجلة كوانتا.
على مدى العقود القليلة الماضية، أدرك الباحثون أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يجب أن تكون قادرة في نهاية المطاف على كسر الرموز المستخدمة على نطاق واسع والتي تؤمن جزءًا كبيرًا من العالم الرقمي. للحماية من هذا المصير، أمضوا سنوات في تطوير رموز جديدة تبدو آمنة من متسللي الخزائن المستقبليين المسلحين بأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
وفي الوقت نفسه، ابتكروا أيضًا طرقًا بارعة لاستخدام قواعد ميكانيكا الكم للحفاظ على أمان الاتصالات. لكن ميكانيكا الكم، مثل الميكانيكا “الكلاسيكية” التي سبقتها، هي مجرد نظرية في الطبيعة. ماذا لو تم استبدالها في النهاية بنظرية أكمل، تمامًا كما حلت ميكانيكا الكم محل الفيزياء النيوتونية قبل قرن من الزمان؟ هل ستظل تقنيات الاتصال الكمي هذه آمنة في عالم توجد فيه مجموعة أكثر جوهرية من القواعد؟
قال رافيشانكار راماناثان، عالم نظريات المعلومات الكمومية في جامعة هونغ كونغ والذي يعمل في مجال التشفير الكمي: “فيما يتعلق ببروتوكولات التشفير هذه، من الجيد أن تكون مصابًا بجنون العظمة”. “دعونا نحاول التقليل من الافتراضات الكامنة وراء البروتوكول. لنفترض أنه في وقت ما في المستقبل يدرك الناس أن ميكانيكا الكم ليست النظرية النهائية للطبيعة.”
إنه احتمال يستحق النظر فيه. إن صعوبة المشاكل العالقة – مثل التوفيق بين ميكانيكا الكم والجاذبية – تشير إلى أن نظرية ما بعد الكم للطبيعة قد تنطوي على شيء غير متوقع على الإطلاق.
للحماية من احتمالية أن تكون بروتوكولاتهم مبنية على افتراضات خاطئة، يبحث بعض علماء التشفير الكمي عن المزيد من المبادئ الأساسية للبناء عليها. فبدلاً من البدء من ميكانيكا الكم، قاموا بالتعمق أكثر، وصولاً إلى مفهوم السببية ذاته.
تخريب خفي
إحدى الطرق لفهم التطورات في هذا المجال هي النظر في توزيع المفتاح الكمي، والذي يتضمن الاستفادة من قواعد ميكانيكا الكم لتمرير مفتاح – وهو شيء يمكن استخدامه لفك تشفير رسالة سرية – بطريقة لا يمكن العبث بها سرًا. يستخدم توزيع المفتاح الكمي التشابك الكمي، الذي يحبس جسيمين معًا من خلال إحدى خصائصهما، مثل الدوران. يحتوي التشابك الكمي على ما يشبه سلك التعثر. إذا حاول أي شخص العبث بالتشابك – كما يفعلون إذا حاولوا سرقة المفتاح – فإن الاقتحام سيدمر التشابك ويكشف التخريب. ويرجع ذلك إلى مبدأ أساسي في ميكانيكا الكم يسمى “زواج التشابك الأحادي”.
ولكن ماذا لو لم يعد هذا المبدأ قائما؟ في مثل هذه الحالة، إذا لم يكن لدى الأشخاص الذين يمررون الرسالة سيطرة كاملة على أجهزتهم، فمن المحتمل أن يقوم شخص خارجي بتغيير تشابك الجسيمات بمهارة، مما يؤدي إلى تعطيل الاتصال دون ترك أي أثر.
تُسمى هذه العملية بالتشويش الكمي، وقد تزايدت الجهود المبذولة لفهمها في السنوات الأخيرة.
بالنسبة للعديد من العلماء، يعد التشويش أمرًا جذابًا لأنه يمكن أن يساعدهم على فهم ميكانيكا الكم وطبيعة السبب والنتيجة بشكل أفضل. ويتساءلون: هل هناك مبادئ عميقة تمنع التشويش وتجعله مستحيلاً؟ أو إذا لم يكن هناك مبدأ يمنع ذلك، فهل يمكن أن يحدث التشويش في العالم الحقيقي؟
جيم التشويش
يحب ميشال إيكستاين ـ عالِم الفيزياء النظرية بجامعة جاجيلونيان في كراكوف ببولندا ـ أن يوضح التشويش من خلال القصة. أبطالها هم الشخصيات الكلاسيكية من تفسيرات ميكانيكا الكم، أليس وبوب.
قال إيكشتاين: “لنفترض أن لديك أليس وبوب، وأنهما التقيا بالساحر، جيم جهاز التشويش”. “قال الساحر عندي كرتان إحداهما بيضاء والأخرى سوداء.”
تمثل الكرات زوجًا من الجسيمات المتشابكة. إذا كان هناك جسيمان متشابكان، فإن لهما خاصية مرتبطة بطريقة ما – إذا قمت بقياس الجسيم الأول ووجدت أن دورانه لأعلى، على سبيل المثال، فإن دوران الجسيم الآخر سيكون حتماً لأسفل، والعكس صحيح. ويصدق هذا حتى لو كان الجسيم الآخر في منتصف الطريق عبر الكون. هنا ترتبط الكرات بحيث إذا كانت إحداهما بيضاء، فستكون الأخرى سوداء دائمًا.
