"نوبل" في الفيزياء.. ثلاثة علماء في "ميكانيكا الكم" يفوزون بالجائزة

تقديرا لإسهاماتهم الرائدة في تطوير أنظمة الحوسبة الكمية فائقة التوصيل.. أعلنت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم، الثلاثاء، منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 لكل من البريطاني جون كلارك والفرنسي ميشال ديفوريه والأميركي جون مارتينيس.

اكتشاف العلماء الثلاثة الرائد أظهر أن التأثيرات الكمية الغريبة لا تقتصر على الذرات والجسيمات الدقيقة، بل يمكن تحقيقها في جهاز من صنع الإنسان يمكن حمله باليد، ليؤكدوا بذلك أن الحدود بين الكمّ والحياة اليومية أرقّ مما كنا نعتقد.

وذكرت الأكاديمية أن الفائزين الثلاثة سيقتسمون قيمة الجائزة البالغة 11 مليون كرونة سويدية (نحو 1.1 مليون دولار)، على أن تسلم الجوائز في حفل يقام في 10 ديسمبر المقبل في ستوكهولم، تزامنا مع ذكرى وفاة مؤسس الجائزة ألفريد نوبل.

ميكانيكا الكم

قالت الأكاديمية السويدية: "تسمح ميكانيكا الكم للجسيم بالتحرك مباشرة عبر حاجز، باستخدام عملية يطلق عليها النفق".

وذكر البيان أن أحد الأسئلة الرئيسية في الفيزياء هو "الحجم الأقصى لنظام يمكنه أن يظهر تأثيرات ميكانيكا الكم".

وأضاف البيان أن الفائزين بالجائزة هذا العام أجروا اختبارات بدائرة كهربائية "أظهروا من خلالها أن كل من النفق الميكانيكي الكمي ومستويات كمية الطاقة في نظام تكون كبيرة بحيث يمكن حملها في اليد".

ويعد فوز العلماء الثلاثة - الذين ينتمون لجامعة كاليفورنيا - استمرارا لتوجه جوائز نوبل في السنوات الأخيرة، نحو تكريم الأبحاث التي تمزج بين الفيزياء النظرية والتطبيقات التكنولوجية المتقدمة، خصوصا في مجالات المواد الكمية والحوسبة الفائقة.

ما هو الحاسوب الكمي؟

والحاسوب الكمي هو نوع جديد من الحواسيب يستخدم قوانين "ميكانيكا الكم"، وهي القوانين التي تشرح كيف تتصرف الجسيمات الصغيرة جداً، مثل الإلكترونات والذرات.

ويعتمد الحاسوب العادي في عملياته على البتّات (bits) حيث يمكن لكل بت أن يكون إما 0 أو 1، أما الحاسوب الكمّي فيستخدم كيوبتات (qubits)، وهي وحدات يمكن أن تكون 0 و1 في الوقت نفسه، بفضل خاصية تسمى "التراكب الكمي" Superposition)).

وبسبب قدرة الكيوبت على التواجد في أكثر من حالة في الوقت نفسه، يستطيع الحاسوب الكمي معالجة عدد هائل من الاحتمالات دفعة واحدة، بدلاً من تجربتها واحدة تلو الأخرى كما يفعل الحاسوب العادي.

طبيعة غامضة

قال الفيزيائي اللامع ريتشارد فاينمان، الحاصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1965، ذات مرة: "لا أحد يفهم ميكانيكا الكم" في اشارة الى طبيعة العالم الكمي الغامض، والذي يتحدى كل منطق مألوف..

وباسلوب بسيط، دعنا نتأمل واحدة من أغرب الظواهر التي يمكن أن تشهدها في ميكانيكا الكم، وهي ما يسمى بـ"النفق الكمومي"، وتعرف بأنها احتمال غير صفري يمكّن الجسيم دون الذري من المضي قدما في حالة محظورة في الميكانيكا الكلاسيكية.

تخيل أن هناك كرة تنس، تقوم بضربها في الجدار فترجع إليك من جديد، وهكذا تستمر في الأمر بلا توقف. وفي الفيزياء الكلاسيكية (الفيزياء قبل ميكانيكا الكم) هناك احتمال قدره صفر أن تمر تلك الكرة من الجدار إلى الجهة الأخرى، لأنها ببساطة لا تمتلك قدر الطاقة اللازم لاختراقه.

أما لو كانت تلك الكرة تخضع لقوانين ميكانيكا الكم، فإن هناك احتمالا ضئيلا جدا، لكنه ليس صفرا، أن تقترض تلك الكرة قدرا من الطاقة لوهلة زمنية قصيرة جدا يسمح لها بأن تمر من الجدار، ثم تعيد هذه الطاقة مرة أخرى.

وبهذا نجد ان ميكانيكا الكمّ تصف سلوك الجسيمات الدقيقة مثل الإلكترونات والفوتونات، التي تخضع لقوانين تختلف تماماً عن قوانين العالم المرئي. فعندما تُقذَف كرة نحو جدار ترتد دائماً، ويمكن لجسيم ذري أن يعبر الحاجز ويظهر في الجهة الأخرى بفضل النفق الكمي.

وتمثل إنجاز الفائزين العام الحالي في إثبات أن هذا السلوك الغريب يمكن أن يظهر أيضاً في أنظمة مكوّنة من عدد هائل من الجسيمات، أي على مستوى مادي كبير يمكن ملاحظته تجريبياً، وهو ما يُعدّ خطوة رائدة تربط بين العالمين المجهري والمرئي.

في الواقع، عندما وُلدت ميكانيكا الكم في عشرينيات القرن الماضي لم يكن أحد ليتخيل أنها ستُستخدم يوما ما لبناء أجهزة الكمبيوتر، أو الكشف عن نشاط الدماغ، أو وصف الكون نفسه. وحتى بعد مرور 100 عام، لا تزال تُفاجئنا، أو كما قال أولي إريكسون، رئيس لجنة نوبل، عند إعلانه عن الجائزة: "من الرائع أن نحتفل بمدى تقديم ميكانيكا الكم التي يعود تاريخها إلى قرن من الزمان لمفاجآت جديدة باستمرار".

والآن، بفضل كلارك وديفوريت ومارتينيس نعرف شيئا أعمق، وهو أن الحدود بين الكمّ والحياة اليومية أرقّ مما كنا نعتقد، فلم تعد بحاجة إلى النظر عبر المجهر لرؤية ميكانيكا الكمّ، بل يمكنك حملها بين بديك

أنظمة بالغة الصغر

طوال أكثر من قرن، لم تُشاهد ظاهرة "النفق الكمي" وغيره من التأثيرات الغريبة لميكانيكا الكم إلا في أنظمة بالغة الصغر مثل ذرات مفردة أو جسيمات دون ذرية. لكن جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 أظهرت أن هذه التأثيرات لا تقتصر على العالم المجهري غير المرئي، بل يمكنك تحقيقها في شيء كبير بما يكفي لحمله بيدك.

تتعامل ميكانيكا الكم عادة مع أصغر وحدات بناء الطبيعة: الجسيمات، والذرات، والجزيئات. على هذا المقياس، تتصرف الجسيمات بشكل غير مألوف لنا، كأنها موجات؛ إذ يمكن أن تكون في مكانين في آن واحد، أو تظهر فجأة في مكان لا يحق لها أن تكون فيه.

ولكن عند النظر إلى الأشياء اليومية -ككرة تنس أو سيارة أو يديك- تتلاشى هذه التأثيرات، فتبدو الأشياء متوقعة، وصلبة، وطبيعية، لا تسلك هذا السلوك الغريب جدا.

ولطالما تساءل الفيزيائيون: أين ينتهي العالم الكمي بالضبط ويبدأ العالم الكروي الخاص بنا؟ وما الحجم الذي يمكن أن يصل إليه جسم كمي قبل أن يتوقف عن التصرف كجسم كمي؟

قدم لنا الفائزون بجائزة هذا العام إجابة مذهلة عن هذا السؤال، وهي أنه يمكن للعالم الكمي أن يصل إلى دائرة كهربائية صغيرة بناها الإنسان.

جوائز نوبل.. تكريم عالمي سنوي لمن يخدم الإنسانية

تُمنح جوائز نوبل سنويًا تكريمًا لأشخاص أو مؤسسات قدّموا إسهامات بارزة تخدم الإنسانية، تنفيذًا لوصية العالم والمخترع السويدي ألفريد نوبل (1833–1896)، مكتشف الديناميت، الذي أوصى بأن تُخصّص معظم ثروته لإنشاء هذه الجوائز.

ويتم الإعلان عن أسماء الفائزين في أكتوبر من كل عام، على أن تُسلَّم رسميًا في حفل يقام في 10 ديسمبر، وهو ذكرى وفاة نوبل.

أُقيم حفل نوبل لأول مرة عام 1901 في مجالات الفيزياء والكيمياء والطب والأدب والسلام، بينما أضيفت جائزة بنك السويد في العلوم الاقتصادية تخليدًا لذكرى ألفريد نوبل عام 1969 بمبادرة من البنك المركزي السويدي.