Cikkfejezetek

Kvantcsatolás, erről van szó?

Az alkalmazások, vagy a kvantumcsatolás mint hasznos dolog

A kvantumcsatolás olyan technikai fizikai koncepció, amelyet a nagyközönség az elmúlt években elkezdett alkalmazni. Ha kulcsszerepet játszik a kvantumszámítógépekben, előfordulásának gyakorisága megnő. A szigorú szótármeghatározás nem túl egyértelmű, és nem teszi lehetővé számunkra, hogy értékeljük, miről van szó. Ahhoz, hogy jobban megértsük, hogyan működik a kvantumcsatolás és milyen szerepet játszik, vissza kell térnünk a 20. század elejére, a fizika egyik legprogresszívebb időszakára.

Kvantcsatolás, erről van szó?

Stephen Hawking professzor, a mai egyik leghíresebb fizikus egyszer azt mondta, hogy a filozófia halott. Ez az állítás túlzó, de valamiben igaza van. A filozófia évszázadokig együtt járt a tudománnyal, a tudomány feltárta az univerzumot és a filozófiát, amelyben mi állunk. Megállapítottuk, hogy nem mi vagyunk a világegyetem középpontja, majd átgondoltuk, mit jelent ez a létezésünk szempontjából.

Ez a kapcsolat a 20. század elején kezdett széthullani. Körülbelül akkor a tudomány megszűnt emberi létezni - nem negatív, hanem pozitív értelemben, kezdte elhagyni az emberi érzékek bilincseit. Az agy, amelyen keresztül érzékeljük a körülöttünk lévő valóságot, azért fejlődött, hogy túlélje a dzsungelben. Észleljük a fény- és hangjeleket és ingereket, elemezzük őket, megpróbáljuk megjósolni, hogy mi fog történni és hogyan kell használni. Valaki dobja neked a labdát, tudat alatt megtudod, hol lesz egy pillanat múlva, megtesz néhány lépést, kinyújtja a kezét, és a labda pontosan a tenyerébe csap.

A természet fizikai leírása a 20. század előtt intuitív volt. A tárgyak olyan erőkkel hattak egymásra, amelyek meghatározták a mozgás módját. A világegyetem hasonlított egy filmhez, az időt külön felvételekbe lehetett vágni. Ha tudjuk, mi történik az első lövésnél, kiszámíthatjuk, mi történik a második, a harmadik,… (vagy az ágyú a nullán, mínusz az első és az előző).

De az univerzum eltér attól, ami nekünk tűnik. Az általunk látott színek csak egy kis szeletet alkotnak a teljes hullámhossz-spektrumból. A technológiák elérhetővé tették számunkra a láthatatlant - az ég sötét részei röntgensugarakkal, infravörös fényű melegvérű lényekkel elevenedtek meg. Minél távolabb kerültünk az emberi mérlegtől, annál nagyobb meglepetések vártak ránk. A körülöttünk lévő dolgok másodpercenként néhány méteres sebességgel mozognak, ami körülbelül százmillió a maximális lehetséges sebességtől - a fénysebességtől. Ha elkezdjük megközelíteni ezt a határt, akkor történni fognak olyan dolgok, amelyekre az elme nem készített fel minket, volt olyan - a tárgyak rövidülni kezdenek, az idő lassabban fog folyni.

Egy hétvége a kvantumkötésről


A kvantumteleportálás a jövő szállítása?

Interjú Nagai Dániellel: A kvantumszámítógépek határait vizsgálva "várom őket, de nem lesznek mindenek".

Hasonlóképpen, a nem intuitív dolgok akkor kezdenek bekövetkezni, amikor a tárgyak olyan naggyá válnak, hogy jelentősen elhalasztják a környezetükben lévő időt és teret, ahogy például Földünk teszi, aminek következtében gravitációs erőt érzünk. Albert Einstein 100 évvel ezelőtt a nagy sebesség és a nagy gravitáció világát tárta fel relativitáselméletében. Noha a relativitáselmélet ma már általánosan elfogadott, eredetileg nem így volt, mert jelentősen eltért a világ működésével kapcsolatos általános elképzeléstől. De a kísérletek világosan beszéltek - az univerzum csak más, mint gondoltuk.

Arthur Eddington, az egyik ilyen kísérlet vezetője egyszer hízelgett arról, hogy a világon csak három ember ismeri Einstein elméletét. Eddington válasza: "Ki a harmadik?" Szórakozottan, de nem volt túlzó. Az elmélet ma is több matematikai tanfolyamot igényel, és az intuíció újjáépítését.

Egy másik világ, amely előtt a technológia megnyitotta kapuit, az atomok világa. Ennek a világnak a furcsasága nagyszerű harapás volt Einstein számára is. Nem annyira meglepő, hogy a mai napig nem töltöttük el teljesen. De a kísérletek megint egyértelműek - egyes esetekben az elmélet és a kísérlet között tizenkét tizedesjegyig megegyezik.

A kvantummechanika kulcsfogalma az ún szuperpozíció elve - a részecskék egyszerre több állapotban lehetnek, csak akkor választanak egyet közülük, ha megmérjük őket. A "választani" szót metaforikusan kell érteni, ez nem tudatos döntés, a mérés eredménye véletlenszerű.

Bemutassuk ezt egy példával, amely továbbra is elkísér minket - gerincrészecskék, például egy elektron. Leírja a részecske forgásirányát, és például csak két értéket vehet fel fel a le-. Mérhetjük az eredményt különböző szuperpozíciókra fel és különböző valószínűséggel lefelé. Így előállíthatunk egy olyan állapotot, amelynek mérésekor lesz értéke fel mindig, az esetek felében, csak néha vagy soha - bármit is választunk.

A részecske első mérése szuperpozícióban véletlenszerű, de az összes többi már ugyanazt az eredményt adja, vagyis ha a részecskével nem csinálunk mást. A mérés megváltoztatta a szuperpozíciót az ún éles állapot, azaz olyan, amelynek a mérése mindig ugyanaz lesz. Az ismételt mérések eredményei így lehetnek fel, fel, fel, … Or le-, le-, le-, …. Az első mérés után már tudjuk, hogy a részecskének milyen spinje van, és a későbbi mérések nem hoznak semmi újat.

A kvantummechanika másik meglepő vonása a bizonytalanság elve - vannak olyan változók, amelyek értékét ismerhetjük, de nem egyszerre. Heisenbergből egy példa jól ismert - vagy pontosan tudjuk, hol található a részecske, vagy milyen sebességgel mozog. Hihetetlenül hangzik, de érthető.

Megmérjük a részecske helyzetét úgy, hogy fényt vetünk rá. Minél pontosabb mérést akarunk, annál rövidebb hullámhosszakat fogunk használni. A rövid hullámhosszúságú fény, például a röntgensugárzás, nagy energiával rendelkezik, és ütközés közben erősen rúgja a részecskét - lendületet adva neki. Minél pontosabban mérjük a helyzetet, annál erősebben rúgja el a részecskét és elveszíti a sebességével kapcsolatos információkat. A mérés beavatkozást igényel a rendszerben.

A mérhetetlen mennyiségek másik példája a függőleges forgás (fel, le-) és a vízszintes irány (balra, szállítás). Ha függőlegesen mérjük a centrifugálást és megállapítjuk, hogy felfelé van, akkor a vízszintes irányú mérés 50% lesz balra és 50% -nál szállítás.

Képzelje el, hogy most egyetlen részecskét vizsgálunk, és felváltva mérjük a centrifugálást függőleges és egyszer vízszintes irányban, az eredmények így nézhetnek ki: fel, balra, lefelé, balra, fel, jobbra, …. Mi olyan különleges benne? Ha csak függőlegesen mérnénk, és az első mérés fent lenne, akkor egyetlen lent sem jelenik meg az eredményekben, csak az lenne fel fel, …. A mérések ismét hatással voltak a vizsgált rendszerre.

Mint látható, a kvantum részecskemérés furcsán működik, csak egy részecskével. A dolgok még érdekesebbé válnak, ha összekapcsoljuk (visszatekerjük) a második részecskével. Ez azt jelenti, hogy ha valamit megtudunk egyikükről, akkor mondhatunk valamit a másikról - anélkül, hogy megmérnénk.

Például egy normális, nem kvantumvilágban ennek felel meg az a helyzet, amikor egy kesztyűpárt két zsebre osztasz. Ha belenéz az elsőbe, és látja benne a bal kesztyűt, akkor anélkül is tudja, hogy a második zsebében van a jobb kesztyű.

Ha kvantumrészecskéket kötöttünk, akkor például úgy nézhet ki, hogy egyikük első mérése 50% -ra változik fel és 50% -nál le-, de a második közülük már 100% -kal ellentétes eredményt ad.

Ez első ránézésre nem tűnik furcsának, de a valóságban igen - sőt annyira, hogy felzaklatta Einsteint, Podolsky-t és Rosen-t, akik távolról furcsa hatásnak nevezték. Mi a baj? Az első részecske mérése hatással lesz a második részecske lehetséges eredményeire, függetlenül attól, hogy milyen távol vannak egymástól. Bár ez nem sérti Einstein korlátozását a korlátozó fénysebesség mellett - ilyen módon nem tudunk aktívan továbbítani semmilyen információt, de mégis nagyon titokzatos.

technológiai
 Egy cikk címe a New York Times-ban 1935-ben (Einstein fordította a kvantumelméletet) Einstein, Podolsky és Rosen szakértői cikkére válaszolva, amelyben megfogalmazták az EPR-paradoxont, egy gondolatkísérletet a kvantummechanikai elmélet hiányosságainak kimutatására. . Einstein később "távolról kísértőnek" nevezte.


Egy ilyen dolog varázsütésként állna fel. Honnan tudhatja az egyik részecske azonnal, távolról, hogyan alakult a másik mérése? A helyszínen gyanú merül fel, mint egy okos illuzionistát nézve. A részecskéket már nem "egyeztették" előre, ezért nem hordoztak rejtett információkat a mérési eredményekről attól a pillanattól kezdve, hogy összekötöttük őket? Bár az eredmények véletlenszerűnek tűnnek számunkra, még nem döntöttek előre?

A rejtett változók elmélete, ahogy ezt az elképzelést nevezik, egy mély kérdésre vonatkozik - vajon a kvantummechanikai mérések valóban véletlenszerűek, vagy csak véletlenszerűség a tudatlanságunk? Van egy J. S. Bell által tervezett kísérlet, amely képes megkülönböztetni a valós és a látszólagos véletlenszerűségeket, és az eredmények önmagukért beszélnek - a véletlenszerűség a kvantummechanikában valós, és a részecskék nem tudják előre a mérési eredményeket.

Még nem tudtuk megtudni, hogyan működik valójában, és miért nem sikerül az intuíciónk. Ez azonban nem akadályozza meg, hogy kvantumcsatolásra keressünk alkalmazásokat. Ezek elsősorban a kvantum számítógépek területén vannak. A szakértők a jövő technológiájának tartják őket, bár lehetőségeik nem lesznek korlátlanok, ahogy azt a nagyközönség néha feltételezi, de még mindig messze túlmutatnak a jelenlegi számítógépes technológián.