kvantöverlagring

kvantfysik

La kvantöverlagring Det är ett begrepp som hörs mer och mer. Denna naturegenskap används i fröna till kvantdatorer, kvantteleportation och kvantinternet. Det finns dock många människor som inte känner till kvantsuperposition och det låter kinesiskt för dem.

I den här artikeln kommer vi att berätta vad kvantsuperposition är, dess egenskaper och betydelse.

Vad är kvantsuperposition

kvantdestillation

Kvantöverlagring är en grundläggande princip inom kvantmekaniken det uttrycker den samtidiga existensen av ett fysiskt system, såsom en elektron, i alla dess möjliga teoretiska tillstånd. När det observeras kan det bara "kollapsera" till en av dessa konfigurationer. Denna "frysning" är slumpmässig men bygger på sannolikhetslagarna.

Ett sätt att förstå kvantöverlagring, åtminstone på ett förenklat sätt, är att tro att en partikel kan vara i två exciterade tillstånd samtidigt, men när den väl observerats avslöjar den bara en av dem. Sålunda används superposition i stor utsträckning i kvantberäkning. En "qubit" eller qubit kan ta både värdena 0 och 1; till skillnad från en bit måste en bit vara antingen 0 eller 1.

Detta tillstånd av kvantöverlagring är resultatet av ett teoretiskt förslag från den franske hertigen Louis de Broglie, som föreslog 1924 att elektroner inte är partiklar utan vågor. Det vill säga, elektroner är inte "kulor" av materia med klassiska interaktioner (som kollisioner mellan biljardbollar), utan vågor som färdas genom rymden. Detta är verkligt.

Kvantöverlagring av elektroner

kvantöverlagring

Om vi ​​föreställer oss elektroner som "kulor", ger summan av den ena plus den andra oss en falsk uppfattning om hur materia beter sig eftersom vi föreställer oss dem staplade som bollar. Vissa är ovanför, vissa är under och vissa är åt sidan. Materia fungerar dock inte på det sättet på kvantnivå, bara på makroskopisk nivå. Det är vårt.

Fenomenet quantum superposition är lättare att förstå sedan uppfattningen att materia beter sig som vågor. Till skillnad från materia kan vågor överlappa varandra. På kvantnivå beter sig materia som vågor, och något intressant händer: materia kan "lägga till" varandra.

En intressant analogi kan observeras i naturen. Följande bild visar krusningarna som lämnas av vattendroppar på vattenytan. Det är en cirkulär våg som utbreder sig längs en yta. Alla som någonsin har kastat en sten i en sjö vet detta. I princip är varje våg oberoende.

Vågöverlagring inträffar dock när två vågor sammanfaller. Det vill säga addera eller subtrahera deras storlek. När de två åsarna möts stiger vattnet mycket högt. Där det finns två dalar ser vi sänkor. Om topparna sammanfaller med dalarna kommer summan av vågorna att resultera i avstängning.

Vågor och kvantöverlagring

kvantöverlagring av atomer

Om elektroner är vågor som rör sig genom rymden, kan deras vågor göra saker som liknar det som visas i vatten. Fenomenet är mycket mer komplicerat, men här är ett sätt att förenkla det. Men frågan som oroar många är: var finns elektronerna?

Enligt kvantmekanikens lagar, kvantöverlagring kan ske tills partiklarna observeras. Då kollapsar vågfunktionen (den som beskriver sannolikheten att en partikel har ett eller annat tillstånd, vilket är hur vi representerar system av partiklar) eller definieras som en mer specifik vågfunktion.

Även om det inte är helt korrekt, kan följande analogi användas. En heliumballong flyter i ett mörkt rum. Först, det är omöjligt att veta exakt var ballongen är eftersom det finns mycket komplicerade luftflöden som flyttar ballongen från ena sidan till den andra. Det är möjligt att bestämma sannolikheten för att ballongen befinner sig på ett eller annat ställe. Detta är dess vågfunktion.

Hur vet du var det är nu? Hur får man vågfunktionen att "kollaps"? Ett experiment som kan göras är att kasta pilar. Om pilen går där ballongen inte är hör vi inget ljud. Men om pilen går genom ballongen hör vi en explosion. Slutsatsen är: ballongen kommer att bestämma sin position oavsett om pilen träffar den eller inte. Det vill säga att den kommer att "kollapsa" i fysisk mening och avslöja var den är.

Även om det inte är en perfekt analogi, hjälper ballongexemplet till att förstå hur elektroner kan fördelas i ett visst område av rymden samtidigt, och hur du först när du tittar på det kan se vad det är.

Utility idag

Om den här egenskapen är så intressant beror det på att den skulle kunna användas för att bygga kvantdatorer. Under 2016 utnyttjade ett team av forskare materiens kvantegenskaper, inklusive superpositionstillstånd, för att möjliggöra långdistansöverföring av information.

S 2017, ett annat team teleporterade framgångsrikt ett kvanttillstånd mellan två anslutna noder. År 2022 lyckades en grupp forskare teleportera ett kvanttillstånd mellan två frånkopplade noder tack vare att Alice, Bob och Charlies noder var sammankopplade en efter en. Genom dessa experiment är det möjligt att bygga ett mer tillförlitligt internet

För närvarande undersöker forskare sätt att dra fördel av denna egenskap för att lösa problem som skulle vara mycket svåra eller till och med omöjliga att ta itu med med klassiska datorer. I en kvantdator ersätts de klassiska bitarna (0 eller 1) av qubits, som de kan vara i överlappning, vilket innebär att de kan representera 0 och 1 samtidigt. Detta gör att kvantdatorn kan utforska flera lösningar samtidigt, vilket resulterar i en enorm potential för att lösa komplexa problem inom områden som kryptografi, materialsimulering och optimering.

En annan spännande applikation är säker kvantkommunikation. På grund av egenskapen med kvantöverlagring upptäcks varje försök att störa den överförda informationen omedelbart, vilket kan leda till praktiskt taget ogenomträngliga kommunikationssystem och säkerställa informationens integritet.

Jag hoppas att du med denna information kan lära dig mer om quantum superposition, dess egenskaper och användbarhet.


Lämna din kommentar

Din e-postadress kommer inte att publiceras. Obligatoriska fält är markerade med *

*

*

  1. Ansvarig för uppgifterna: Miguel Ángel Gatón
  2. Syftet med uppgifterna: Kontrollera skräppost, kommentarhantering.
  3. Legitimering: Ditt samtycke
  4. Kommunikation av uppgifterna: Uppgifterna kommer inte att kommuniceras till tredje part förutom enligt laglig skyldighet.
  5. Datalagring: databas värd för Occentus Networks (EU)
  6. Rättigheter: När som helst kan du begränsa, återställa och radera din information.