Kuantum süperpozisyonu - Quantum superposition

Durumların kuantum süperpozisyonu ve uyumsuzluk

Kuantum süperpozisyonu , kuantum mekaniğinin temel bir ilkesidir . Belki çok, belirtiyor dalgalar halinde klasik fiziğin herhangi iki (veya daha fazla), quantum durumu ( "bindirilmiş") birlikte eklenebilir ve sonuç başka bir geçerli kuantum durumu olur; ve tersine, her kuantum durumu, iki veya daha fazla farklı durumun toplamı olarak temsil edilebilir. Matematiksel olarak, Schrödinger denkleminin çözümlerinin bir özelliğine atıfta bulunur ; Schrödinger denklemi lineer olduğundan , çözümlerin herhangi bir lineer kombinasyonu da bir çözüm olacaktır.

Kuantum sistemlerinin dalga doğasının fiziksel olarak gözlemlenebilir bir tezahürüne bir örnek, bir çift ​​yarık deneyinde bir elektron ışınından gelen girişim zirveleridir . Model, klasik dalgaların kırınımıyla elde edilene çok benzer .

Diğer bir örnek, bir kuantum mantıklı qubit durum kullanılan, kuantum bilgi işlem "temel durumları" kuantum üst üste olan, ve . İşte olan Dirac notasyonu ölçüm klasik mantığın dönüştürüldüğünde hep sonucu 0 verecektir kuantum durumu için. Aynı şekilde , her zaman 1'e dönüşecek olan durumdur. Yalnızca 0'a karşılık gelen durumda veya 1'e karşılık gelen durumda olabilen klasik bir bitin aksine , bir kübit her iki durumun bir üst üste binmesi durumunda olabilir. Bu, bir kübit için 0 veya 1 ölçme olasılıklarının genel olarak ne 0.0 ne de 1.0 olduğu ve aynı durumdaki kübitler üzerinde yapılan çoklu ölçümlerin her zaman aynı sonucu vermeyeceği anlamına gelir.

konsept

Kuantum süperpozisyonu ilkesi, eğer bir fiziksel sistem birçok konfigürasyondan (parçacıkların veya alanların düzenlenmesi) birinde olabilirse, o zaman en genel durumun, her konfigürasyondaki miktarın bir kompleks ile belirlendiği bu olasılıkların hepsinin bir kombinasyonu olduğunu belirtir. sayı .

Örneğin, 0 ve 1 ile etiketlenmiş iki konfigürasyon varsa, en genel durum şöyle olur:

burada katsayılar, her bir konfigürasyona ne kadar girdiğini açıklayan karmaşık sayılardır.

İlke Paul Dirac tarafından şu şekilde tanımlanmıştır:

Kuantum mekaniğinin genel süperpozisyon ilkesi, herhangi bir dinamik sistemin [karşılıklı müdahale veya çelişki olmaksızın teorik olarak mümkün olan] durumları için geçerlidir. Bu durumlar arasında, sistem kesinlikle bir durumda olduğunda, onu kısmen iki veya daha fazla durumun her birinde kısmen düşünebileceğimiz özel ilişkiler olduğunu varsaymamızı gerektirir. Orijinal durum, iki veya daha fazla yeni durumun, klasik fikirlere göre kavranamayacak şekilde bir tür üst üste bindirilmesinin sonucu olarak görülmelidir. Herhangi bir durum, iki veya daha fazla diğer durumun üst üste binmesinin sonucu olarak ve aslında sonsuz sayıda yolla düşünülebilir. Tersine, yeni bir durum vermek için herhangi iki veya daha fazla durum üst üste getirilebilir ...

İki durumları, üst üste yerleştirilmesi ile düşünün üst üste işleminin klasik olmayan doğası açık olarak ortaya çıkartılır A ve B durumu sistem üzerinde yapıldığı zaman, bir gözlem bulunacak şekilde, A , bir belirli yol kesin sonuç, a diyelim ve sistem üzerinde yapıldığında B durumunda kesin olarak farklı sonuçlara yol açacağından, b diyelim. Üst üste bindirilmiş durumda sistem üzerinde yapıldığında gözlemin sonucu ne olacak? Cevap, süperpozisyon sürecinde A ve B'nin göreli ağırlıklarına bağlı bir olasılık yasasına göre sonucun bazen a ve bazen b olacağıdır. Her iki farklı asla a ve b [yani, ya bir ya da b ]. Böylece, süperpozisyon tarafından oluşturulan durumun ara karakteri, sonucun kendisinin orijinal durumlar için karşılık gelen sonuçlar arasında ara olması yoluyla değil, orijinal durumlar için karşılık gelen olasılıklar arasında ara olan bir gözlem için belirli bir sonucun olasılığı aracılığıyla kendini ifade eder.

Anton Zeilinger , çift ​​yarık deneyinin prototip örneğine atıfta bulunarak , kuantum süperpozisyonunun yaratılması ve yok edilmesiyle ilgili ayrıntılı bilgi verdi:

"[T] genliklerin üst üste binmesi ... yalnızca parçacığın hangi yolu izlediğini prensipte bile bilmenin bir yolu yoksa geçerlidir. Bunun, bir gözlemcinin gerçekte neyi not ettiğini ima etmediğini anlamak önemlidir. Yol bilgisine prensipte deneyden erişilebiliyorsa veya hatta çevreye dağılmışsa ve herhangi bir teknik olasılığın geri kazanılması mümkün değilse, ancak prensipte hala “orada” ise girişim desenini yok etmek yeterlidir. Böyle bir bilginin yokluğu, kuantum girişiminin ortaya çıkması için temel kriterdir .

teori

Örnekler

Fiziksel bir fenomeni tanımlayan bir denklem için, süperpozisyon ilkesi, lineer bir denklemin çözümlerinin bir kombinasyonunun aynı zamanda onun bir çözümü olduğunu belirtir. Bu doğru olduğunda denklemin süperpozisyon ilkesine uyduğu söylenir. Bu nedenle, eğer f 1 , f 2 ve f 3 durum vektörlerinin her biri ψ üzerindeki lineer denklemi çözerse, o zaman ψ = c 1 f 1 + c 2 f 2 + c 3 f 3 de her c'nin bir olduğu bir çözüm olacaktır. katsayı. Schrödinger denklemi kuantum mekaniği bu izler, böylece doğrusal olduğunu.

Örneğin , yukarı ve aşağı olmak üzere iki olası konfigürasyona sahip bir elektron düşünün . Bu, bir kübitin fiziksel sistemini tanımlar .

en genel halidir. Ancak bu katsayılar, sistemin her iki konfigürasyonda da olma olasılıklarını belirler. Belirli bir konfigürasyon için olasılık, katsayının mutlak değerinin karesi ile verilir. O halde olasılıkların toplamı 1 olmalıdır. Elektron kesinlikle bu iki durumdan birindedir.

Bu örnekle devam edelim: Bir parçacık yukarı ve aşağı durumda olabiliyorsa, 3 i /5 miktarı yukarı ve 4/5 miktarı aşağı durumda da olabilir.

Bu durumda, yukarı olasılığı . Düşme olasılığı ise . Bunu not edin .

Açıklamada, yalnızca farklı bileşenlerin göreceli boyutları ve karmaşık düzlemde birbirlerine olan açıları önemlidir. Bu genellikle, birbirinin katı olan iki durumun, durumun tarifine göre aynı olduğu bildirilerek ifade edilir. Bunlardan herhangi biri, sıfırdan farklı herhangi bir durum için aynı durumu tanımlar.

Kuantum mekaniğinin temel yasası, evrimin lineer olmasıdır , yani A durumu 10 saniye sonra A'ya ve B'ye dönüşürse, 10 saniye sonra süperpozisyon A' ve B' karışımına dönüşür. A ve B ile aynı katsayılar .

Örneğin, aşağıdakilere sahipsek

Sonra bu 10 saniyeden sonra durumumuz değişecek

Şimdiye kadar sadece 2 konfigürasyon oldu, ancak sonsuz sayıda olabilir.

Örnekte, bir parçacık herhangi bir konuma sahip olabilir, böylece x konumunun herhangi bir değerine sahip farklı konfigürasyonlar vardır  . Bunlar yazılır:

Süperpozisyon ilkesi, karmaşık katsayılı tüm pozisyonların keyfi süperpozisyonları olan durumlar olduğunu garanti eder:

Bu toplam, yalnızca x indeksi ayrık ise tanımlanır  . Endeks bittiyse, toplamın yerine bir integral alınır. Miktar , parçacığın dalga fonksiyonu olarak adlandırılır .

Hem konumu hem de dönüşü olan bir kübiti ele alırsak, durum her ikisi için tüm olasılıkların bir üst üste binmesidir:

Kuantum mekanik bir sistemin konfigürasyon alanı, bazı fiziksel bilgiler olmadan çözülemez. Giriş, genellikle izin verilen farklı klasik konfigürasyonlardır, ancak hem konum hem de momentumu dahil etmenin tekrarı yoktur.

Bir çift parçacık, pozisyon çiftlerinin herhangi bir kombinasyonunda olabilir. Bir parçacığın x konumunda ve diğerinin y konumunda olduğu bir durum yazılır . En genel durum, olasılıkların bir üst üste binmesidir:

İki parçacığın tanımı, bir parçacığın tanımından çok daha büyüktür - bu, boyutların sayısının iki katı olan bir fonksiyondur. Bu, iki rasgele değişkenin istatistiklerinin ilişkilendirildiği olasılık için de geçerlidir . İki parçacık ilişkisiz ise, ortak konumları P( x ,  y ) için olasılık dağılımı , birini bir konumda ve diğerini diğer konumda bulma olasılığının bir ürünüdür:

Bu , sistemin dalga fonksiyonunun dalga fonksiyonlarının ve parçalarının bir ürünü olarak temsil edilebileceği anlamına gelir :

.


1927 yılında, Heitler ve Londra, kantitatif mekanik H zemin kararlı durum hesaplamak için teşebbüs 2 molekülü. Hesaplamalar , sistemi oluşturan iki hidrojen atomunun - H 2 molekülünün - kuantum süperpozisyonuna dayanıyordu . Bu girişimin başarısı, kovalent bağın daha da geliştirilmesinin temeli oldu .

Olasılıkla analoji

Gelen olasılık teorisi de benzer bir prensip yoktur. Bir sistemin olasılıksal bir tanımı varsa, bu açıklama herhangi bir konfigürasyonun olasılığını verir ve herhangi iki farklı konfigürasyon verildiğinde, kısmen bu ve kısmen pozitif gerçek sayı katsayıları ile olasılıkların ne kadar olduğunu söyleyen bir durum vardır. her var.

Örneğin, bir parçacığın nerede olduğuna dair bir olasılık dağılımımız varsa, bu "durum" ile tanımlanır.

Olasılık yoğunluk fonksiyonu nerede , parçacığın belirli bir yerde bulunma olasılığını ölçen pozitif bir sayı.

Evrim denklemi, temel nedenlerden dolayı olasılık olarak da doğrusaldır. Parçacık konumu giden için bir olasılığı varsa , x için y ve bunlardan z için y , giderek olasılığı y yarım olan bir durumdan başlayarak X ve yarım z olasılık bir yarı yarıya karışımıdır seçeneklerin her birinden y'ye gitmek . Bu, olasılıkta doğrusal süperpozisyon ilkesidir.

Kuantum mekaniği farklıdır çünkü sayılar pozitif veya negatif olabilir. Sayıların karmaşık yapısı sadece iki katına çıkarken, gerçek ve sanal kısımlarını ayrı ayrı ele alırsanız, katsayıların işareti önemlidir. Olasılıkta, iki farklı olası sonuç her zaman toplanır, böylece bir z noktasına ulaşmak için daha fazla seçenek varsa , olasılık her zaman artar. Kuantum mekaniğinde farklı olasılıklar birbirini iptal edebilir.

Sonlu sayıda durum içeren olasılık teorisinde, toplamları bire eşit olmak için olasılıklar her zaman pozitif bir sayı ile çarpılabilir. Örneğin, üç durumlu bir olasılık sistemi varsa:

burada olasılıklar pozitif sayılardır. Rescaling x , y , z ve böylece

Durum uzayının geometrisi bir üçgen olarak ortaya çıkar. Genel olarak tek yönlüdür . Bir üçgende veya simplekste köşelere karşılık gelen özel noktalar vardır ve bu noktalar olasılıklardan birinin 1, diğerlerinin sıfır olduğu noktalardır. Bunlar, pozisyonun kesin olarak bilindiği benzersiz konumlardır.

Üç durumlu bir kuantum mekanik sistemde, kuantum mekanik dalga fonksiyonu yine durumların bir üst üste binmesidir, ancak bu sefer işaret üzerinde herhangi bir kısıtlama olmaksızın iki katı nicelik:

değişkenleri, karelerin toplamı 1 olacak şekilde yeniden ölçeklendirerek, uzayın geometrisinin yüksek boyutlu bir küre olduğu ortaya çıkar.

.

Bir küre büyük miktarda simetriye sahiptir, farklı koordinat sistemlerinde veya tabanlarında görüntülenebilir . Dolayısıyla bir olasılık teorisinden farklı olarak, bir kuantum teorisinin eşit derecede iyi tanımlanabileceği çok sayıda farklı temeli vardır. Faz uzayının geometrisi, kuantum mekaniğinde olasılığa karşılık gelen niceliğin süperpozisyon katsayısının mutlak karesi olduğuna dair bir ipucu olarak görülebilir .

Hamilton evrimi

Farklı olasılıklar için genlikleri tanımlayan sayılar , farklı durumların uzayı olan kinematiği tanımlar . Dinamikler, bu sayıların zamanla nasıl değiştiğini açıklar. Sonsuz sayıda farklı konumdan herhangi birinde olabilen bir parçacık için, bir kafes üzerindeki bir parçacık için, süperpozisyon ilkesi size nasıl bir durum oluşturacağınızı söyler:

Böylece sonsuz genlik listesi , parçacığın kuantum durumunu tamamen tanımlar. Bu liste durum vektörü olarak adlandırılır ve biçimsel olarak bu, sonsuz boyutlu bir karmaşık vektör uzayı olan Hilbert uzayının bir öğesidir . Durumu , genliklerin mutlak karelerinin toplamı bir olacak şekilde temsil etmek olağandır :

Olasılık teorisi tarafından tanımlanan bir çizgi üzerinde rastgele yürüyen bir parçacık için, benzer şey, herhangi bir konumun olasılığını veren olasılıklar listesidir . Zaman içinde nasıl değiştiklerini tanımlayan nicelikler , x'den başlayarak parçacığın y zamanında t sonra sona erme olasılığını veren geçiş olasılıklarıdır . Toplam y olma olasılığı, tüm olasılıkların toplamı ile verilir.

Olasılığın korunumu koşulu, herhangi bir x'ten başlayarak, bir yere varma toplam olasılığının 1'e eşit olması gerektiğini belirtir :

Toplam olasılığın korunabilmesi için K, stokastik matris olarak adlandırılan şeydir .

Zaman geçmediğinde hiçbir şey değişmez: 0 geçen zaman için , K matrisi bir durumdan kendisine hariç sıfırdır. Bu nedenle, zamanın kısa olması durumunda, olasılıktaki mutlak değişim yerine, olasılığın değişim oranından bahsetmek daha iyidir.

K matrisinin zamana göre türevi nerede :

Olasılıkların denklemi, bazen ana denklem olarak adlandırılan bir diferansiyel denklemdir :

R matrisi, parçacığın x'den y'ye geçiş yapma olasılığıdır. K matris elemanlarının toplamının bir olması koşulu, R matris elemanlarının toplamının sıfır olması şartı olur:

Çalışmak için basit bir durum, R matrisinin sabit bir rastgele yürüyüş hızına sahip bir parçacığı tanımlayan bir birim sola veya sağa gitme olasılığına sahip olmasıdır. Bu durumda, Y ya da sürece sıfırdır x  + 1, x ya da X  için, 1 - y olan X  + 1 ya da X  - 1, R, matris değeri vardır c ve toplamı için sırayla R, matris katsayılarına sıfıra eşit, değeri -2 c olmalıdır . Dolayısıyla olasılıklar ayrıklaştırılmış difüzyon denklemine uyar :

ki, c uygun şekilde ölçeklendiğinde ve P dağılımı, sistemi bir süreklilik limitinde düşünmek için yeterince düzgün olduğunda:

Hangisi difüzyon denklemi .

Kuantum genlikleri, genliklerin zaman içinde değişme hızını verir ve karmaşık sayılar olmaları dışında matematiksel olarak tamamen aynıdırlar. Sonlu zaman K matrisinin analoğuna U matrisi denir:

Genliklerin mutlak karelerinin toplamı sabit olması gerektiğinden, üniter olmalıdır :

veya matris notasyonunda,

U'nun değişim hızı, geleneksel bir i faktörüne kadar Hamiltonian H olarak adlandırılır :

Hamiltonyen, parçacığın m'den n'ye gitmek için bir genliğe sahip olduğu hızı verir. i ile çarpılmasının nedeni, U'nun üniter olması koşulunun şu koşula çevrilmesidir:

bu da H'nin Hermitian olduğunu söylüyor . Hermit matrisinin H öz değerleri, enerji seviyeleri olarak fiziksel bir yorumu olan gerçek niceliklerdir. Eğer i faktörü olmasaydı, H matrisi antihermityen olurdu ve tamamen hayali öz değerlere sahip olurdu; bu, kuantum mekaniğinin enerji gibi gözlemlenebilir miktarları temsil etmesinin geleneksel yolu değildir.

Sola ve sağa hareket etmek için eşit genliğe sahip bir parçacık için, Hermit matrisi H, c değerine sahip olduğu en yakın komşular dışında sıfırdır . Katsayı her yerde sabitse, H'nin Hermityen olması koşulu , sola hareket eden genliğin, sağa hareket eden genliğin karmaşık eşleniği olmasını gerektirir. Hareket denklemi , zaman diferansiyel denklemidir:

Sol ve sağın simetrik olduğu durumda c gerçektir. Zaman içinde dalga fonksiyonunun fazını yeniden tanımlayarak, farklı konumlardaki genlikler yalnızca yeniden ölçeklendirilir, böylece fiziksel durum değişmez. Ancak bu faz dönüşü doğrusal bir terim sunar.

bu, süreklilik limitini almak için doğru faz seçimidir. Ne zaman çok büyük ve yavaş yavaş kafes bir çizgi olarak düşünülebilir böylece değişen edilir, bu ücretsiz hale Schrödinger denklemi :

H matrisinde noktadan noktaya değişen fazladan bir faz dönüşü olan ek bir terim varsa, süreklilik sınırı potansiyel enerjili Schrödinger denklemidir:

Bu denklemler, göreli olmayan kuantum mekaniğinde tek bir parçacığın hareketini tanımlar.

Hayali zamanda kuantum mekaniği

Kuantum mekaniği ile olasılık arasındaki analoji çok güçlüdür, öyle ki aralarında birçok matematiksel bağ vardır. Bir zaman adımı için bir geçiş matrisi ile tanımlanan ayrık zamanlı bir istatistiksel sistemde, t=1,2,3, sonlu sayıda zaman adımından sonra iki nokta arasında gitme olasılığı, tüm yolların toplamı olarak temsil edilebilir. her yolu alma olasılığı:

burada toplam, that ve özelliğine sahip tüm yollar boyunca uzanır . Kuantum mekaniğindeki benzer ifade yol integralidir .

Olasılıkta genel bir geçiş matrisi, başlangıç ​​noktası ne olursa olsun herhangi bir noktada bulunacak nihai olasılık olan durağan bir dağılıma sahiptir. Herhangi iki yolun aynı anda aynı noktaya ulaşması için sıfır olmayan bir olasılık varsa, bu durağan dağılım başlangıç ​​koşullarına bağlı değildir. Olasılık teorisinde, durağan dağılım aşağıdaki özelliklere sahip olduğunda stokastik matris için olasılık m ayrıntılı dengeye uyar :

Ayrıntılı denge, durağan dağılımda m'den n'ye gitme toplam olasılığının, yani m'den başlama olasılığı çarpı m'den n'ye atlama olasılığının, n'den m'ye gitme olasılığına eşit olduğunu söylüyor, yani dengedeki toplam ileri geri olasılık akışı, herhangi bir sıçrama boyunca sıfırdır. n=m olduğunda koşul otomatik olarak sağlanır, dolayısıyla geçiş-olasılığı R matrisi için bir koşul olarak yazıldığında aynı forma sahiptir.

R matrisi ayrıntılı dengeye uyduğunda, olasılıkların ölçeği durağan dağılım kullanılarak yeniden tanımlanabilir, böylece artık 1'i toplamazlar.

Yeni koordinatlarda, R matrisi aşağıdaki gibi yeniden ölçeklenir:

ve H simetriktir

Bu matris H bir kuantum mekanik sistemi tanımlar:

Hamiltoniyeni istatistiksel sistemin R matrisinin özdeğerleri ile aynı özdeğerlere sahiptir. Özvektörler yeniden olçeklendirilmiş olarak ifade hariç çok aynıdır. İstatistik sisteminin durağan dağılımı Hamiltoniyenin temel durumudur ve diğer tüm enerjiler pozitif iken enerjisi tam olarak sıfırdır. U matrisini bulmak için H üstelleştirilirse:

ve t'nin karmaşık değerler almasına izin verilirse, K' matrisi zaman sanalı alınarak bulunur .

Zamanın tersine çevrilmesi altında değişmez olan kuantum sistemleri için , Hamiltonian gerçek ve simetrik hale getirilebilir, böylece dalga fonksiyonu üzerindeki zaman tersine çevrilmesi eylemi sadece karmaşık konjugasyon olur. Böyle bir Hamiltoniyen, fiziksel nedenlerle sıklıkla yaptığı gibi, pozitif bir gerçek dalga fonksiyonu ile benzersiz bir en düşük enerji durumuna sahipse, hayali zamanda bir stokastik sisteme bağlıdır. Stokastik sistemler ve kuantum sistemler arasındaki bu ilişki, süpersimetriye çok fazla ışık tutuyor .

Deneyler ve uygulamalar

Nispeten büyük (kuantum fiziği standartlarına göre) nesnelerin süperpozisyonlarını içeren başarılı deneyler yapıldı.

  • Fotonlarla bir " kedi durumu " elde edildi .
  • Bir berilyum iyonu , üst üste binmiş halde tutulmuştur.
  • Buckytopları kadar büyük moleküllerle bir çift ​​yarık deneyi yapıldı .
  • Bir 2013 deneyi, her biri 15.000 proton, nötron ve elektron içeren molekülleri üst üste bindirdi. Moleküller, iyi termal kararlılıkları için seçilen bileşiklerdendi ve 600 K sıcaklıkta bir ışın halinde buharlaştırıldı. Işın, yüksek oranda saflaştırılmış kimyasal maddelerden hazırlandı, ancak yine de farklı moleküler türlerin bir karışımını içeriyordu. Her molekül türü, kütle spektrometrisi tarafından doğrulandığı gibi, yalnızca kendisiyle etkileşime girdi.
  • Süper iletken bir kuantum girişim cihazı ("SQUID") içeren bir deney , "kedi durumu" düşünce deneyi temasıyla ilişkilendirilmiştir.
Çok düşük sıcaklıkların kullanılmasıyla, SQUID akımlarının hazırlanması ve saptanması arasında belirli bir süre boyunca ara durumların tutarlılığını korumak ve yakın izolasyonda korumak için çok ince deneysel düzenlemeler yapıldı. Böyle bir SQUID akımı, belki de milyarlarca elektronun tutarlı bir fiziksel birleşimidir. Tutarlılığı nedeniyle, böyle bir düzenek, makroskopik bir nicel varlığın "kolektif hallerini" sergiliyor olarak kabul edilebilir. Süperpozisyon ilkesi için, hazırlandıktan sonra ancak tespit edilmeden önce bir ara durum sergiliyor olarak kabul edilebilir. Bu, örneğin Dirac'ın yukarıda belirtilen ünlü özdeyişinde olduğu gibi, müdahale tartışmalarında sıklıkla düşünüldüğü gibi tek parçacıklı bir durum değildir. Ayrıca, "ara" durum gevşek bir şekilde bu şekilde kabul edilebilse de, birincil bir analizörden saf bir durumla beslenen ikincil bir kuantum analizörünün çıktısı olarak üretilmemiştir ve bu nedenle bu, katı bir şekilde bir üst üste binme örneği değildir. ve dar tanımlıdır.
Bununla birlikte, hazırlıktan sonra, ancak ölçümden önce, böyle bir SQUID durumu, saat yönünde ve saat yönünün tersine mevcut durumun bir süperpozisyonu olan "saf" bir durum olarak kabul edilebilir. Bir SQUID'de, toplu elektron durumları, korunan tutarlı ara durumlarla sonuçlanacak şekilde, çok düşük sıcaklıklarda, yakın izolasyonda fiziksel olarak hazırlanabilir. Burada dikkat çekici olan, böyle bir metastabilite sergileyen iki iyi ayrılmış, kendi içinde tutarlı kolektif durum olmasıdır . Elektron kalabalığı, kesin bir kolektif akım akışının olmadığı tek bir ara durum oluşturmanın aksine, saat yönünde ve saat yönünün tersine durumlar arasında ileri geri tüneller yapar.
  • Grip virüsü içeren bir deney önerildi.
  • Titreşimli ve titreşimsiz durumların bir süperpozisyonuna yerleştirilebilen bir piezoelektrik " diyapazon " yapılmıştır. Rezonatör yaklaşık 10 trilyon atom içerir.
  • Son zamanlarda yapılan araştırmalar göstermektedir klorofil olan bitkiler daha fazla ayrı, aksi takdirde mümkün olandan daha aralıklı edilecek olan pigment proteinleri, enerjinin taşınması sağlayan büyük bir verim elde etmek için kuantum süperpozisyon özelliği yararlanma görünmektedir.
  • Bir elektromekanik osilatör kullanılarak 10 mK'ye soğutulmuş bir bakteri hücresi ile bir deney önerilmiştir . Bu sıcaklıkta tüm metabolizma duracak ve hücre sanal olarak belirli bir kimyasal tür gibi davranabilecektir. Girişimin saptanması için, hücrelerin, özdeş ve saptanabilir biçimde tanınabilir sanal kimyasal türlerin saf örnekleri olarak çok sayıda sağlanması gerekli olacaktır. Bu gereksinimin bakteri hücreleri tarafından karşılanıp karşılanamayacağı bilinmemektedir. Deney sırasında askıya alınmış bir animasyon durumunda olacaklardı.

Olarak kuantum bilgisayar ifade "kedi durumu" genellikle belirtir GHz durum , özel dolaşıklık qubits qubits tüm 0 olan ve 1 olmak eşit üst üste bulunmaktadır ki burada; yani,

Resmi yorumlama

Süperpozisyon ilkesini kuantum mekanik bir parçacığa uygulayarak, parçacığın konfigürasyonlarının tümü konumdur, dolayısıyla süperpozisyonlar uzayda karmaşık bir dalga oluşturur. Doğrusal süperpozisyonun katsayıları, parçacığı mümkün olan en iyi şekilde tanımlayan ve genliği Huygens ilkesine göre müdahale eden bir dalgadır .

Kuantum mekaniğindeki herhangi bir fiziksel özellik için, o özelliğin bir değere sahip olduğu tüm durumların bir listesi vardır. Bu durumlar, uzunlukların karelerinin toplamından gelen Öklidci diklik kavramı kullanılarak zorunlu olarak birbirine diktirler, ancak aynı zamanda birbirlerinin katları da olmamalıdırlar. Bu dikey durumlar listesi, fiziksel özelliğin değeri olan ilişkili bir değere sahiptir. Süperpozisyon ilkesi, herhangi bir durumun, bu formdaki durumların karmaşık katsayılarla bir kombinasyonu olarak yazılabileceğini garanti eder.

Fiziksel niceliğin q değerine sahip her durumu, bir vektör olarak bir vektör olarak yazın , fiziksel nicelik için q değerine sahip olan vektör için n'nin her değerindeki sayıların bir listesi. Şimdi tüm vektör bileşenlerini çarparak vektörlerin dış çarpımını oluşturun ve matrisi yapmak için bunları katsayılarla toplayın.

burada toplam, q'nun tüm olası değerlerine yayılır. Bu matris, ortogonal durumlardan oluştuğu ve özdeğerleri q olduğu için zorunlu olarak simetriktir. A matrisi, fiziksel nicelik ile ilişkili gözlenebilir olarak adlandırılır. Özdeğer ve özvektörlerin fiziksel niceliği ve bu nicelik için belirli değerleri olan durumları belirleme özelliği vardır.

Her fiziksel niceliğin kendisiyle ilişkili bir Hermitian lineer operatörü vardır ve bu fiziksel miktarın değerinin belirli olduğu durumlar bu lineer operatörün özdurumlarıdır . İki veya daha fazla özdurumun doğrusal kombinasyonu, niceliğin iki veya daha fazla değerinin kuantum süperpozisyonu ile sonuçlanır. Miktar ölçülürse, fiziksel niceliğin değeri, doğrusal kombinasyondaki süperpozisyon katsayısının karesine eşit bir olasılıkla rastgele olacaktır. Ölçümden hemen sonra durum, ölçülen özdeğere karşılık gelen özvektör tarafından verilecektir.

Fiziksel yorumlama

Sıradan günlük nesnelerin ve olayların neden süperpozisyon gibi kuantum mekaniksel özellikler göstermiyor gibi göründüğünü sormak doğaldır. Aslında, bu bazen, örneğin Richard Feynman tarafından "gizemli" olarak kabul edilir. 1935'te Erwin Schrödinger , şimdi Schrödinger'in kedisi olarak bilinen ve kuantum mekaniği ile klasik fizik arasındaki bu uyumsuzluğu vurgulayan iyi bilinen bir düşünce deneyi tasarladı . Modern bir görüş, bu gizemin kuantum eşevresizliği ile açıklandığıdır . Makroskopik bir sistem (kedi gibi) zamanla klasik olarak farklı kuantum durumlarının ("canlı" ve "ölü" gibi) bir süperpozisyonuna dönüşebilir. Bunu başaran mekanizma, önemli bir araştırma konusudur, bir mekanizma, kedinin durumunun, olası kuantum durumlarının ortalaması alındığında, çevresinin durumuyla (örneğin, onu çevreleyen atmosferdeki moleküller) birbirine karıştığını öne sürer. çevre (çevrenin kuantum durumu tam olarak kontrol edilemediği veya ölçülemediği sürece fiziksel olarak makul bir prosedür) kedi için ortaya çıkan karışık kuantum durumu , kedinin ölü veya canlı olma olasılığının kesin olduğu klasik bir olasılık durumuna çok yakındır, tam da bu durumda klasik bir gözlemcinin bekleyeceği gibi. Önerilen başka bir teori sınıfı, temel zaman evrim denkleminin eksik olduğu ve bir tür temel Lindbladian'ın eklenmesini gerektirdiğidir, bu eklemenin nedeni ve ek terimin biçimi teoriden teoriye değişir. Popüler bir teori, Lindblad teriminin durumların uzamsal ayrımıyla orantılı olduğu Sürekli kendiliğinden yerelleştirmedir , bu da yarı-klasik bir olasılık durumu ile sonuçlanır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Atıf yapılan referansların bibliyografyası