квантовая суперпозиция

квантовая физика

La квантовая суперпозиция Эта концепция звучит все чаще и чаще. Это свойство природы используется в квантовых компьютерах, квантовой телепортации и квантовом Интернете. Однако есть много людей, которые плохо знают о квантовой суперпозиции, и для них это звучит по-китайски.

В этой статье мы расскажем вам, что такое квантовая суперпозиция, ее характеристики и значение.

Что такое квантовая суперпозиция

квантовая дистилляция

Квантовая суперпозиция – это фундаментальный принцип квантовой механики, который он выражает одновременное существование физической системы, такой как электрон, во всех ее возможных теоретических состояниях. При наблюдении он может «схлопнуться» только в одну из этих конфигураций. Это «замораживание» является случайным, но основано на законах вероятности.

Один из способов понять квантовую суперпозицию, по крайней мере в упрощенном виде, — это представить, что частица может находиться в двух возбужденных состояниях одновременно, но, наблюдая за ней, обнаруживает только одно из них. Таким образом, суперпозиция широко используется в квантовых вычислениях. «Кубит» или кубит может принимать как значения 0, так и 1; в отличие от бита, бит должен быть либо 0, либо 1.

Это состояние квантовой суперпозиции является результатом теоретического предложения французского герцога Луи де Бройля, который в 1924 году предположил, что электроны являются не частицами, а волнами. То есть электроны — это не «шарики» материи с классическими взаимодействиями (такими как столкновения между бильярдными шарами), а волны, распространяющиеся в пространстве. Это реально.

Квантовая суперпозиция электронов

квантовая суперпозиция

Если мы представим электроны как «шарики», сумма одного плюс другого даст нам ложное представление о том, как ведет себя материя, поскольку мы представляем их сложенными, как шары. Кто-то сверху, кто-то снизу, кто-то по бокам. Однако материя не работает таким образом на квантовом уровне, а только на макроскопическом уровне. Это наше.

Явление квантовой суперпозиции легче понять, поскольку представление о том, что материя ведет себя как волны. В отличие от материи, волны могут перекрываться. На квантовом уровне материя ведет себя как волны, и происходит нечто интересное: материя может «дополнять» друг друга.

Интересную аналогию можно наблюдать в природе. На следующем изображении показана рябь, оставленная каплями воды на поверхности воды. Это круговая волна, распространяющаяся вдоль поверхности. Это знает любой, кто когда-либо бросал камень в озеро. В принципе, каждая волна независима.

Однако волновая суперпозиция возникает всякий раз, когда две волны совпадают. То есть складывать или вычитать их величины. Когда два хребта встречаются, вода поднимается очень высоко. Там, где есть две долины, мы видим впадины. Если пики совпадают с впадинами, сумма волн приведет к аннулированию.

Волны и квантовая суперпозиция

квантовая суперпозиция атомов

Если электроны — это волны, движущиеся в пространстве, их волны могут совершать действия, подобные тому, что происходит в воде. Это явление гораздо сложнее, но вот способ его упростить. Но многих волнует вопрос: где же электроны?

Согласно законам квантовой механики, квантовая суперпозиция может происходить до тех пор, пока частицы не наблюдаются. Тогда волновая функция (та, которая описывает вероятность того, что частица находится в том или ином состоянии, именно так мы представляем системы частиц) схлопывается или определяется как более конкретная волновая функция.

Хотя это и не совсем корректно, можно использовать следующую аналогию. В темной комнате летает гелиевый шар. Первый, невозможно точно знать, где находится воздушный шар, потому что существуют очень сложные воздушные потоки, которые перемещают воздушный шар с одной стороны на другую. Можно определить вероятность того, что шарик находится в том или ином месте. Это его волновая функция.

Откуда ты знаешь, где оно сейчас? Как заставить волновую функцию «коллапсировать»? Можно провести эксперимент — бросить дротики. Если дротик попадет туда, где нет воздушного шара, мы не услышим никакого звука. Однако если дротик пройдет сквозь воздушный шар, мы услышим взрыв. Вывод таков: воздушный шар определит свое положение независимо от того, попадет в него дротик или нет. То есть он «рухнет» в физическом смысле и покажет, где находится.

Хотя пример с воздушным шаром и не является идеальной аналогией, он помогает понять, как электроны могут одновременно распределяться в определенной области пространства и что только взглянув на него, можно сказать, что это такое.

Утилита сегодня

Если это свойство так интересно, то потому, что его можно использовать для создания квантовых компьютеров. В 2016 году группа исследователей воспользовалась квантовыми свойствами материи, включая состояния суперпозиции, чтобы обеспечить передачу информации на большие расстояния.

В 2017, другая команда успешно телепортировала квантовое состояние между двумя соединенными узлами. В 2022 году группе исследователей удалось телепортировать квантовое состояние между двумя отключенными узлами благодаря тому, что узлы Алисы, Боба и Чарли были соединены один за другим. Благодаря этим экспериментам можно построить более надежный Интернет.

В настоящее время ученые изучают способы использования этого свойства для решения задач, которые было бы очень сложно или даже невозможно решить с помощью классических компьютеров. В квантовом компьютере классические биты (0 или 1) заменены кубитами. они могут перекрываться, что означает, что они могут представлять 0 и 1 одновременно. Это позволяет квантовому компьютеру одновременно исследовать несколько решений, что открывает огромный потенциал для решения сложных задач в таких областях, как криптография, моделирование материалов и оптимизация.

Еще одно интригующее применение — безопасная квантовая связь. Благодаря свойству квантовой суперпозиции любая попытка вмешательства в передаваемую информацию немедленно обнаруживается, что может привести к практически непроницаемым системам связи и обеспечить конфиденциальность информации.

Я надеюсь, что с помощью этой информации вы сможете больше узнать о квантовой суперпозиции, ее характеристиках и полезности.


Оставьте свой комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные для заполнения поля помечены *

*

*

  1. Ответственный за данные: Мигель Анхель Гатон
  2. Назначение данных: контроль спама, управление комментариями.
  3. Легитимация: ваше согласие
  4. Передача данных: данные не будут переданы третьим лицам, кроме как по закону.
  5. Хранение данных: база данных, размещенная в Occentus Networks (ЕС)
  6. Права: в любое время вы можете ограничить, восстановить и удалить свою информацию.