La kvantna superpozicija To je koncept koji se sve više čuje. Ovo svojstvo prirode koristi se u sjemenu kvantnih kompjutera, kvantne teleportacije i kvantnog interneta. Međutim, postoji mnogo ljudi koji ne znaju dobro o kvantnoj superpoziciji i to im zvuči kineski.
U ovom članku ćemo vam reći šta je kvantna superpozicija, njene karakteristike i važnost.
Šta je kvantna superpozicija
Kvantna superpozicija je osnovni princip kvantne mehanike koji izražava istovremeno postojanje fizičkog sistema, kao što je elektron, u svim njegovim mogućim teorijskim stanjima. Kada se posmatra, može se samo "srušiti" u jednu od ovih konfiguracija. Ovo "zamrzavanje" je nasumično, ali je zasnovano na zakonima vjerovatnoće.
Jedan od načina da se shvati kvantna superpozicija, barem na pojednostavljen način, je da se pomisli da čestica može biti u dva pobuđena stanja u isto vrijeme, ali kada se jednom promatra, otkriva samo jedno od njih. Stoga se superpozicija široko koristi u kvantnom računarstvu. "Kubit" ili kubit može imati obje vrijednosti 0 i 1; za razliku od bita, bit mora biti ili 0 ili 1.
Ovo stanje kvantne superpozicije rezultat je teorijskog prijedloga francuskog vojvode Louisa de Brogliea, koji je 1924. godine predložio da elektroni nisu čestice već valovi. Odnosno, elektroni nisu "loptice" materije s klasičnim interakcijama (kao što su sudari između bilijarskih kugli), već valovi koji putuju kroz svemir. Ovo je stvarno.
Kvantna superpozicija elektrona
Ako zamislimo elektrone kao "loptice", zbir jednog plus drugog daje nam lažnu predstavu o tome kako se materija ponaša jer ih zamišljamo složene poput kuglica. Neki su iznad, neki ispod, a neki sa strane. Međutim, materija ne funkcioniše tako na kvantnom nivou, već samo na makroskopskom nivou. To je naše.
Fenomen kvantne superpozicije je lakše razumjeti od tada gledište da se materija ponaša kao talasi. Za razliku od materije, talasi se mogu preklapati. Na kvantnom nivou, materija se ponaša kao talasi i dešava se nešto zanimljivo: materije se mogu "dodavati" jedna drugoj.
U prirodi se može uočiti zanimljiva analogija. Sljedeća slika prikazuje mreškanje koje ostavljaju kapljice vode na površini vode. To je kružni val koji se širi duž površine. Svako ko je ikada bacio kamen u jezero znaće ovo. U principu, svaki talas je nezavisan.
Međutim, superpozicija talasa se dešava kad god se dva talasa poklope. Odnosno, dodajte ili oduzmite njihove veličine. Kada se dva grebena spoje, voda se diže veoma visoko. Tamo gdje postoje dvije doline, vidimo depresije. Ako se vrhovi poklapaju sa dolinama, zbir valova će rezultirati poništavanjem.
Talasi i kvantna superpozicija
Ako su elektroni valovi koji se kreću kroz svemir, njihovi valovi mogu raditi stvari slične onome što se pojavljuje u vodi. Fenomen je mnogo komplikovaniji, ali evo načina da ga pojednostavite. Ali pitanje koje zabrinjava mnoge je: gdje su elektroni?
Prema zakonima kvantne mehanike, kvantna superpozicija se može pojaviti sve dok se čestice ne posmatraju. Tada se talasna funkcija (ona koja opisuje vjerovatnoću da čestica ima jedno ili drugo stanje, na koji način predstavljamo sisteme čestica) kolabira ili se definira kao specifičnija valna funkcija.
Iako nije sasvim tačna, može se koristiti sljedeća analogija. Balon sa helijumom pluta u mračnoj prostoriji. prvo, nemoguće je tačno znati gde se balon nalazi jer postoje veoma komplikovani tokovi vazduha koji balon pomeraju s jedne strane na drugu. Moguće je odrediti vjerovatnoću da se balon nalazi na jednom ili drugom mjestu. Ovo je njegova valna funkcija.
Kako znaš gdje je sada? Kako učiniti da se talasna funkcija "kolapsira"? Eksperiment koji se može izvesti je bacanje strelica. Ako strelica ode tamo gdje balon nije, ne čujemo nikakav zvuk. Međutim, ako strelica prođe kroz balon, čujemo eksploziju. zaključak je: balon će odrediti svoju poziciju bez obzira da li ga strelica pogodi ili ne. Odnosno, "srušit će se" u fizičkom smislu i otkriti gdje se nalazi.
Iako nije savršena analogija, primjer balona pomaže da se shvati kako elektroni mogu biti raspoređeni u određenom području prostora u isto vrijeme, i kako samo kada ga pogledate možete reći o čemu se radi.
Utility today
Ako je ovo svojstvo toliko interesantno, to je zato što bi se moglo koristiti za izgradnju kvantnih računara. U 2016. godini, tim istraživača iskoristio je kvantna svojstva materije, uključujući stanja superpozicije, kako bi omogućio prijenos informacija na velike udaljenosti.
U 2017, drugi tim je uspješno teleportirao kvantno stanje između dva povezana čvora. Grupa istraživača je 2022. uspjela teleportirati kvantno stanje između dva nepovezana čvora zahvaljujući činjenici da su Alice, Bob i Charliejevi čvorovi bili povezani jedan po jedan. Kroz ove eksperimente moguće je izgraditi pouzdaniji internet.
Trenutno naučnici istražuju načine da iskoriste ovo svojstvo za rješavanje problema s kojima bi se bilo vrlo teško ili čak nemoguće riješiti klasičnim kompjuterima. U kvantnom računaru, klasični bitovi (0 ili 1) su zamenjeni kubitima, koji mogu biti u preklapanju, što znači da mogu predstavljati 0 i 1 u isto vrijeme. Ovo omogućava kvantnom računaru da istovremeno istražuje više rešenja, što rezultira ogromnim potencijalom za rešavanje složenih problema u oblastima kao što su kriptografija, simulacija materijala i optimizacija.
Još jedna intrigantna aplikacija je sigurna kvantna komunikacija. Zbog svojstva kvantne superpozicije, svaki pokušaj ometanja prenesene informacije odmah se detektuje, što bi moglo dovesti do praktično neprobojnih komunikacijskih sistema i osigurati privatnost informacija.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o kvantnoj superpoziciji, njenim karakteristikama i korisnosti.