La квантна суперпозиција То је концепт који се све више чује. Ово својство природе се користи у семену квантних рачунара, квантне телепортације и квантног интернета. Међутим, има много људи који не знају добро за квантну суперпозицију и то им звучи кинески.
У овом чланку ћемо вам рећи шта је квантна суперпозиција, њене карактеристике и важност.
Шта је квантна суперпозиција
Квантна суперпозиција је основни принцип квантне механике који изражава истовремено постојање физичког система, као што је електрон, у свим његовим могућим теоријским стањима. Када се посматра, може само да се "сруши" у једну од ових конфигурација. Ово „замрзавање“ је насумично, али је засновано на законима вероватноће.
Један од начина да се разуме квантна суперпозиција, барем на поједностављен начин, јесте да се помисли да честица може бити у два побуђена стања у исто време, али када се једном посматра она открива само једно од њих. Дакле, суперпозиција се широко користи у квантном рачунарству. „Кубит“ или кубит може имати обе вредности 0 и 1; за разлику од бита, бит мора бити или 0 или 1.
Ово стање квантне суперпозиције резултат је теоријског предлога француског војводе Луја де Броља, који је 1924. године предложио да електрони нису честице већ таласи. Односно, електрони нису „лоптице“ материје са класичним интеракцијама (као што су судари између билијарских кугли), већ таласи који путују кроз свемир. Ово је стварно.
Квантна суперпозиција електрона
Ако замислимо електроне као "лоптице", збир једног плус другог даје нам лажну представу о томе како се материја понаша јер их замишљамо наслагане као лопте. Неки су изнад, неки доле, а неки са стране. Међутим, материја не функционише тако на квантном нивоу, само на макроскопском нивоу. То је наше.
Феномен квантне суперпозиције је лакше разумети пошто гледиште да се материја понаша као таласи. За разлику од материје, таласи се могу преклапати. На квантном нивоу, материја се понаша као таласи и дешава се нешто занимљиво: материје се могу „додавати“ једна другој.
У природи се може уочити занимљива аналогија. Следећа слика приказује таласе које остављају капљице воде на површини воде. То је кружни талас који се шири дуж површине. Свако ко је икада бацио камен у језеро знаће ово. У принципу, сваки талас је независан.
Међутим, суперпозиција таласа се јавља кад год се два таласа поклопе. То јест, додајте или одузмите њихове величине. Када се два гребена сретну, вода се диже веома високо. Тамо где постоје две долине, видимо депресије. Ако се врхови поклапају са долинама, збир таласа ће резултирати поништавањем.
Таласи и квантна суперпозиција
Ако су електрони таласи који се крећу кроз свемир, њихови таласи могу да раде ствари сличне ономе што се појављује у води. Феномен је много компликованији, али ево начина да га поједноставите. Али питање које забрињава многе је: где су електрони?
Према законима квантне механике, квантна суперпозиција може настати све док се честице не посматрају. Тада таласна функција (она која описује вероватноћу да честица има једно или друго стање, на који начин представљамо системе честица) колабира или се дефинише као специфичнија таласна функција.
Иако није сасвим тачна, може се користити следећа аналогија. Балон са хелијумом лебди у мрачној просторији. Први, немогуће је тачно знати где се балон налази јер постоје веома компликовани ваздушни токови који померају балон са једне стране на другу. Могуће је одредити вероватноћу да се балон налази на једном или другом месту. Ово је његова таласна функција.
Како знаш где је сада? Како учинити да таласна функција "колапсира"? Експеримент који се може урадити је бацање стрелица. Ако стрелица оде тамо где балон није, не чујемо никакав звук. Међутим, ако стрелица прође кроз балон, чујемо експлозију. закључак је: балон ће одредити своју позицију без обзира да ли га стрелица погоди или не. Односно, „срушиће се“ у физичком смислу и открити где се налази.
Иако није савршена аналогија, пример балона помаже да се разуме како се електрони могу дистрибуирати у одређеном делу простора у исто време, и како само када га погледате можете рећи шта је то.
Корисност данас
Ако је ово својство толико интересантно, то је зато што би се могло користити за изградњу квантних рачунара. У 2016. години, тим истраживача је искористио квантна својства материје, укључујући стања суперпозиције, како би омогућио пренос информација на велике удаљености.
У КСНУМКС, други тим је успешно телепортовао квантно стање између два повезана чвора. Група истраживача је 2022. успела да телепортује квантно стање између два неповезана чвора захваљујући чињеници да су Алис, Боб и Чарли чворови били повезани један по један. Кроз ове експерименте могуће је изградити поузданији Интернет
Тренутно научници истражују начине да искористе ово својство за решавање проблема са којима би се било веома тешко или чак немогуће решити класичним рачунарима. У квантном рачунару, класични битови (0 или 1) се замењују кубитима, који могу бити у преклапању, што значи да могу представљати 0 и 1 у исто време. Ово омогућава квантном рачунару да истражује више решења истовремено, што резултира огромним потенцијалом за решавање сложених проблема у областима као што су криптографија, симулација материјала и оптимизација.
Још једна интригантна апликација је сигурна квантна комуникација. Због својства квантне суперпозиције, сваки покушај ометања преношене информације се одмах детектује, што би могло довести до практично непробојних комуникационих система и обезбедити приватност информација.
Надам се да са овим информацијама можете сазнати више о квантној суперпозицији, њеним карактеристикама и корисности.