kvantová superpozice

kvantová fyzika

La kvantová superpozice Je to pojem, který je slyšet stále více. Tato vlastnost přírody se využívá v zárodcích kvantových počítačů, kvantové teleportace a kvantového internetu. Existuje však mnoho lidí, kteří o kvantové superpozici dobře nevědí a zní jim to čínsky.

V tomto článku vám řekneme, co je to kvantová superpozice, její vlastnosti a význam.

Co je kvantová superpozice

kvantová destilace

Kvantová superpozice je základním principem kvantové mechaniky vyjadřuje současnou existenci fyzikálního systému, např. elektronu, ve všech jeho možných teoretických stavech. Při pozorování se může „zhroutit“ pouze do jedné z těchto konfigurací. Toto „zmrazení“ je náhodné, ale je založeno na zákonech pravděpodobnosti.

Jedním ze způsobů, jak porozumět kvantové superpozici, alespoň zjednodušeně, je myslet si, že částice může být ve dvou excitovaných stavech současně, ale jakmile je pozorována, odhalí pouze jeden z nich. Superpozice je tedy široce používána v kvantových výpočtech. "qubit" nebo qubit může mít obě hodnoty 0 i 1; na rozdíl od bitu musí být bit 0 nebo 1.

Tento stav kvantové superpozice je výsledkem teoretického návrhu francouzského vévody Louise de Broglie, který v roce 1924 navrhl, že elektrony nejsou částice, ale vlny. To znamená, že elektrony nejsou "koule" hmoty s klasickými interakcemi (jako jsou srážky mezi kulečníkovými koulemi), ale vlny, které se šíří prostorem. Tohle je skutečné.

Kvantová superpozice elektronů

kvantová superpozice

Pokud si elektrony představíme jako „koule“, součet jednoho plus druhého nám dává falešnou představu o tom, jak se hmota chová, protože si je představujeme naskládané jako koule. Některé jsou nahoře, jiné dole a některé po stranách. Hmota však takto nefunguje na kvantové úrovni, pouze na makroskopické úrovni. To je naše.

Fenomén kvantové superpozice je od té doby snáze pochopitelný názor, že hmota se chová jako vlny. Na rozdíl od hmoty se vlny mohou překrývat. Na kvantové úrovni se hmota chová jako vlny a děje se něco zajímavého: hmota se může vzájemně „přidávat“.

Zajímavou analogii lze pozorovat v přírodě. Následující obrázek ukazuje vlnky, které zanechávají kapky vody na hladině vody. Je to kruhová vlna, která se šíří po povrchu. Každý, kdo někdy hodil kámen do jezera, to pozná. V zásadě je každá vlna nezávislá.

K superpozici vln však dochází vždy, když se dvě vlny shodují. To znamená, přidat nebo odečíst jejich velikosti. Když se oba hřebeny setkají, voda stoupá velmi vysoko. Tam, kde jsou dvě údolí, vidíme prohlubně. Pokud se vrcholy shodují s údolími, součet vln bude mít za následek zrušení.

Vlny a kvantová superpozice

kvantová superpozice atomů

Pokud jsou elektrony vlny pohybující se prostorem, mohou jejich vlny dělat věci podobné tomu, co se objevuje ve vodě. Tento jev je mnohem složitější, ale zde je způsob, jak jej zjednodušit. Ale otázka, která mnohé znepokojuje, je: kde jsou elektrony?

Podle zákonů kvantové mechaniky kvantová superpozice může nastat, dokud nejsou pozorovány částice. Potom se vlnová funkce (ta, která popisuje pravděpodobnost, že částice má ten či onen stav, což je způsob, jakým představujeme systémy částic) zhroutí nebo je definována jako specifičtější vlnová funkce.

I když to není zcela správné, lze použít následující analogii. V temné místnosti se vznáší heliový balón. První, není možné přesně vědět, kde se balónek nachází, protože dochází k velmi komplikovaným proudům vzduchu, které balónek pohybují z jedné strany na druhou. Je možné určit pravděpodobnost, že se balónek nachází na tom či onom místě. To je její vlnová funkce.

Jak víš, kde teď je? Jak přimět vlnovou funkci "zhroucení"? Experiment, který lze provést, je házení šipek. Pokud se šipka dostane tam, kde balón není, neslyšíme žádný zvuk. Pokud však šipka projde balónkem, slyšíme výbuch. Závěr je: balón určí svou polohu bez ohledu na to, zda jej šipka zasáhne nebo ne. To znamená, že se „zhroutí“ ve fyzickém smyslu a odhalí, kde se nachází.

I když to není dokonalá analogie, příklad s balónem pomáhá pochopit, jak mohou být elektrony distribuovány v určité oblasti prostoru současně a jak jen když se na to podíváte, můžete říct, co to je.

Užitečnost dnes

Pokud je tato vlastnost tak zajímavá, je to proto, že by se dala použít ke konstrukci kvantových počítačů. V roce 2016 tým výzkumníků využil kvantových vlastností hmoty, včetně superpozičních stavů, aby umožnil přenos informací na velkou vzdálenost.

V 2017, jiný tým úspěšně teleportoval kvantový stav mezi dvěma spojenými uzly. V roce 2022 se skupině výzkumníků podařilo teleportovat kvantový stav mezi dvěma odpojenými uzly díky tomu, že uzly Alice, Boba a Charlieho byly spojeny jeden po druhém. Prostřednictvím těchto experimentů je možné vybudovat spolehlivější internet

V současné době vědci zkoumají způsoby, jak využít této vlastnosti k řešení problémů, které by bylo velmi obtížné nebo dokonce nemožné řešit s klasickými počítači. V kvantovém počítači jsou klasické bity (0 nebo 1) nahrazeny qubity, které mohou se překrývat, což znamená, že mohou představovat 0 a 1 současně. To umožňuje kvantovému počítači zkoumat více řešení současně, což má za následek obrovský potenciál pro řešení složitých problémů v oblastech, jako je kryptografie, simulace materiálů a optimalizace.

Další zajímavou aplikací je bezpečná kvantová komunikace. Díky vlastnosti kvantové superpozice je okamžitě detekován jakýkoli pokus o zásah do přenášených informací, což by mohlo vést k prakticky neprostupným komunikačním systémům a zajištění soukromí informací.

Doufám, že s těmito informacemi se můžete dozvědět více o kvantové superpozici, jejích charakteristikách a užitečnosti.


Zanechte svůj komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Povinné položky jsou označeny *

*

*

  1. Odpovědný za údaje: Miguel Ángel Gatón
  2. Účel údajů: Ovládací SPAM, správa komentářů.
  3. Legitimace: Váš souhlas
  4. Sdělování údajů: Údaje nebudou sděleny třetím osobám, s výjimkou zákonných povinností.
  5. Úložiště dat: Databáze hostovaná společností Occentus Networks (EU)
  6. Práva: Vaše údaje můžete kdykoli omezit, obnovit a odstranit.