Astăzi (14 aprilie) marchează 2025 Mondial Quantum Day, o sărbătoare internațională organizată pentru a promova înțelegerea publică a științei cuantice.
Data, 4/14, a fost aleasă deoarece 4.14 reprezintă primele trei cifre din constanta lui Planck (4.135667696 x 10-15 Volți de electroni pe hertz, rotunjite la 4,14 x 10-15) – Un număr important în fizica cuantică.
Fizica cuantică este ramura științei care se ocupă de cele mai mici particule din univers, cum ar fi atomii, electronii, fotoni (particule ușoare) și alte particule subatomice precum quark -urile.
În lumea de zi cu zi, la scara pe care o putem vedea, lucrurile tind să respecte legile fizicii clasice. Cu toate acestea, atunci când măriți până la cele mai mici particule, fizica clasică încetează să funcționeze la fel de bine și regulile Mecanica cuantică intră în joc.
Unele dintre conceptele cheie ale fizicii cuantice sunt că particule precum electronii se pot comporta ca unde și invers (cunoscute sub numele de Dualitatea particulelor de undă); Două particule pot fi legate în așa fel încât, dacă măsurați una, știți instantaneu ceva despre celălalt (Îmbrăcăminte cuantică); iar o particulă cuantică poate fi în mai multe stări simultan până când este observată (superpoziție cuantică).
Ce este superpoziția cuantică?
În viața de zi cu zi, ceva nu poate fi decât într -o singură stare: un comutator de lumină este pornit sau oprit, O pisică este fie mort, fie în viață. În lumea cuantică, lucrurile nu funcționează la fel. Superpoziția cuantică descrie modul în care o particulă cuantică, precum un electron, un foton sau chiar un atom, poate exista în mai multe stări diferite în același timp – până când este măsurat. Înainte de a fi observat, nu este la jumătatea distanței între state, ci este în schimb o „superpoziție” a celor doi simultan.
În fizica cuantică, starea unei particule este descris de un val ecuația, care ne spune probabilitățile unde ar putea fi o particulă sau care ar putea fi proprietățile sale. Această undă de probabilitate poate exista într -un amestec de mai multe stări.
Ce este pisica lui Schrödinger?
Pisica lui Schrödinger este un experiment de gândire celebru care ilustrează modul în care funcționează superpoziția. Imaginează -ți o pisică într -o cutie cu un mecanism care are o șansă de 50/50 de a o ucide, în funcție de faptul că o particulă cuantică scade radioactiv, schimbându -se spontan într -un alt tip de atom și eliberează particule radioactive precum electronii.
Până când cineva deschide cutia și o observă, pisica este considerată a fi într -o superpoziție atât a vieții, cât și a morților. Când măsurați sau observați sistemul – sau în cazul pisicii lui Schrödinger în interiorul cutiei – superpoziția se instalează într -o stare definită, iar soarta pisicii este descoperită.
Înrudite: Fizicienii creează cea mai tară pisică a lui Schrödinger în Breakththththththththth Threadhrough
Superpoziția cuantică a fost observat experimental de către oamenii de știință în mai multe rânduri. Un exemplu celebru este Experiment dublu-glisatunde fotonii sunt trași la o barieră cu două fante, în urmă, este un ecran care înregistrează unde aterizează particulele. Dacă trimiteți particule printr-o singură fanta, obțineți o singură bandă pe ecran, dar dacă deschideți ambele, obțineți un model de interferență asemănător unui val cu mai multe benzi pe ecran, ceea ce dovedește, de asemenea, că particulele și undele pot acționa unul ca celălalt. Trimiterea unei particule simultan, te -ai aștepta ca fiecare să treacă printr -o fanta sau alta. Cu toate acestea, modelul de interferență încă se acumulează, ca și cum fiecare particulă o singură interferează cu ea însăși. Aceasta înseamnă că fiecare particulă trece cumva prin ambele fante simultan și, prin urmare, se află într -o superpoziție a ambelor posibilități
Dacă încercați să măsurați prin ce fante particula trece, superpoziția se prăbușește: particula pare să fi trecut printr -o singură fanta, iar modelul de interferență dispare, lăsând doar două benzi pe ecran.
În plus, ioni şi Molecule mai mari au fost prinse experimental într -o stare superpusă și s -a descoperit clorofilă în frunzele plantelor Utilizați superpoziția cuantică pentru a recolta mai eficient lumina de la soare.
De ce este atât de importantă superpoziția în calculul cuantic?
Superpoziția cuantică este de asemenea folosită ca instrument în Calculare cuantică și este principalul motiv pentru care calculatoarele cuantice pot fi atât de puternice.
Un bit binar clasic poate fi doar într -un singur stat: 0 sau 1. Aceste biți sunt codificate pe tranzistoare, de obicei realizate din siliciu, germaniu sau alți semiconductori. Cu trei biți prezenți, acestea pot avea un potențial de 8 state diferite: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 și 111. Pentru a prelucra toate posibilitățile, un computer clasic trebuie să le verifice pe rând.
În calculatoarele cuantice, particule precum electroni sau fotoni acționează ca un qubit (bit cuantic), care poate fi într -o superpoziție atât de 0 cât și de 1. Trei qubits pot fi într -o superpoziție a tuturor celor 8 stări posibile simultan, ceea ce înseamnă că computerele cuantice pot prelucra simultan un număr mult mai mare de calcule. Cu trei qubits prezente, un computer cuantic ar putea prelucra toate cele opt state enumerate mai sus simultan.
Această putere de procesare mult mai mare decât computerele tradiționale ar putea însemna că computerele cuantice ar putea fi folosite într -o zi pentru a efectua simulări complexe în farmaceutice, modelarea climatică și fabricație. În teorie, un computer cuantic suficient de puternic poate efectua calcule în câteva secunde care ar fi luat Cele mai puternice supercomputere milioane de ani de finalizat.
Comentarii recente