La סופרפוזיציה קוונטית זה מושג שנשמע יותר ויותר. מאפיין זה של הטבע נמצא בשימוש בזרעים של מחשבים קוונטיים, טלפורטציה קוונטית והאינטרנט הקוונטי. עם זאת, ישנם אנשים רבים שאינם יודעים היטב על סופרפוזיציה קוונטית וזה נשמע להם סינית.
במאמר זה אנו הולכים לספר לכם מהי סופרפוזיציה קוונטית, המאפיינים והחשיבות שלה.
מהי סופרפוזיציה קוונטית
סופרפוזיציה קוונטית היא עיקרון בסיסי של מכניקת הקוונטים הוא מבטא את קיומה בו-זמני של מערכת פיזיקלית, כמו אלקטרון, בכל מצביה התיאורטיים האפשריים. כאשר נצפה, הוא יכול רק "להתמוטט" לאחת מהתצורות הללו. "הקפאה" זו היא אקראית אך מבוססת על חוקי ההסתברות.
אחת הדרכים להבין סופרפוזיציה קוונטית, לפחות בצורה מפושטת, היא לחשוב שחלקיק יכול להיות בשני מצבים נרגשים בו-זמנית, אך לאחר צפייה הוא מגלה רק אחד מהם. לפיכך, סופרפוזיציה נמצאת בשימוש נרחב במחשוב קוונטי. "קיוביט" או קיוביט יכולים לקחת את שני הערכים 0 ו-1; בניגוד ל-bit, bit חייב להיות 0 או 1.
מצב זה של סופרפוזיציה קוונטית הוא תוצאה של הצעה תיאורטית של הדוכס הצרפתי לואי דה ברולי, שהציע ב-1924 כי אלקטרונים אינם חלקיקים אלא גלים. כלומר, אלקטרונים אינם "כדורי" חומר בעלי אינטראקציות קלאסיות (כמו התנגשויות בין כדורי ביליארד), אלא גלים שנעים בחלל. זה אמיתי.
סופרפוזיציה קוונטית של אלקטרונים
אם אנו מדמיינים אלקטרונים כ"כדורים", הסכום של אחד פלוס השני נותן לנו מושג שגוי על איך החומר מתנהג מכיוון שאנו מדמיינים אותם מוערמים כמו כדורים. חלקם למעלה, חלקם למטה, וחלקם בצדדים. עם זאת, החומר אינו פועל כך ברמה הקוונטית, רק ברמה המקרוסקופית. זה שלנו.
התופעה של סופרפוזיציה קוונטית קלה יותר להבנה מאז ההשקפה שחומר מתנהג כמו גלים. בניגוד לחומר, גלים יכולים לחפוף. ברמה הקוונטית, החומר מתנהג כמו גלים, וקורה משהו מעניין: החומר יכול "להוסיף" זה לזה.
ניתן לראות אנלוגיה מעניינת בטבע. התמונה הבאה מציגה את האדוות שהותירו טיפות מים על פני המים. זהו גל עגול המתפשט לאורך משטח. כל מי שאי פעם זרק סלע לתוך אגם יידע את זה. באופן עקרוני, כל גל הוא עצמאי.
עם זאת, סופרפוזיציה של גלים מתרחשת בכל פעם ששני גלים חופפים. כלומר, להוסיף או להחסיר את הגדלים שלהם. כאשר שני הרכסים נפגשים, המים עולים גבוה מאוד. היכן שיש שני עמקים, אנו רואים שקעים. אם הפסגות חופפות לעמקים, סכום הגלים יביא לביטול.
גלים וסופרפוזיציה קוונטית
אם אלקטרונים הם גלים הנעים בחלל, הגלים שלהם יכולים לעשות דברים דומים למה שמופיע במים. התופעה הרבה יותר מסובכת, אבל הנה דרך לפשט אותה. אבל השאלה שמדאיגה רבים היא: איפה האלקטרונים?
על פי חוקי מכניקת הקוונטים, סופרפוזיציה קוונטית יכולה להתרחש עד שהחלקיקים נצפו. ואז פונקציית הגל (זו שמתארת את ההסתברות שלחלקיק יש מצב כזה או אחר, כך אנחנו מייצגים מערכות של חלקיקים) קורסת או מוגדרת כפונקציית גל ספציפית יותר.
למרות שאינה נכונה לחלוטין, ניתן להשתמש באנלוגיה הבאה. בלון הליום צף בחדר חשוך. ראשון, אי אפשר לדעת היכן בדיוק נמצא הבלון כי יש זרימות אוויר מאוד מסובכות שמזיזות את הבלון מצד אחד לצד השני. אפשר לקבוע את ההסתברות שהבלון ממוקם במקום כזה או אחר. זו פונקציית הגל שלו.
איך אתה יודע איפה זה עכשיו? איך לגרום לפונקציית הגל "להתמוטט"? ניסוי שאפשר לעשות הוא לזרוק חצים. אם החץ הולך למקום שבו הבלון לא נמצא, אנחנו לא שומעים שום צליל. עם זאת, אם החץ עובר דרך הבלון, אנו שומעים פיצוץ. המסקנה היא: הבלון יקבע את מיקומו ללא קשר אם החץ פוגע בו או לא. כלומר, היא "תקרוס" במובן הפיזי ותגלה היכן היא נמצאת.
למרות שאינה אנלוגיה מושלמת, דוגמת הבלון עוזרת להבין כיצד ניתן להפיץ אלקטרונים באזור מסוים בחלל בו-זמנית, וכיצד רק כאשר אתה מסתכל על זה אתה יכול לדעת מה זה.
שירות היום
אם המאפיין הזה כל כך מעניין, זה בגלל שהוא יכול לשמש לבניית מחשבים קוונטיים. בשנת 2016, צוות חוקרים ניצל את התכונות הקוונטיות של החומר, כולל מצבי סופרפוזיציה, כדי לאפשר העברה של מידע למרחקים ארוכים.
En 2017, צוות אחר העביר בהצלחה מצב קוונטי בין שני צמתים מחוברים. בשנת 2022, קבוצת חוקרים הצליחה להעביר מצב קוונטי בין שני צמתים מנותקים הודות לעובדה שהצמתים של אליס, בוב וצ'רלי היו מחוברים אחד אחד. באמצעות ניסויים אלו, ניתן לבנות אינטרנט אמין יותר
נכון לעכשיו, מדענים בוחנים דרכים לנצל את הנכס הזה כדי לפתור בעיות שיהיה קשה מאוד או אפילו בלתי אפשרי להתמודד עם מחשבים קלאסיים. במחשב קוונטי, הביטים הקלאסיים (0 או 1) מוחלפים בקיוביטים, אשר הם יכולים להיות בחפיפה, מה שאומר שהם יכולים לייצג 0 ו-1 בו-זמנית. זה מאפשר למחשב הקוונטי לחקור מספר פתרונות בו זמנית, וכתוצאה מכך פוטנציאל עצום לפתרון בעיות מורכבות בתחומים כמו קריפטוגרפיה, הדמיית חומרים ואופטימיזציה.
יישום מסקרן נוסף הוא תקשורת קוונטית מאובטחת. בשל המאפיין של סופרפוזיציה קוונטית, כל ניסיון להפריע למידע המועבר מתגלה באופן מיידי, מה שעלול להוביל למערכות תקשורת כמעט בלתי חדירה ולהבטיח את פרטיות המידע.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על סופרפוזיציה קוונטית, המאפיינים והשימושיות שלה.