Yang memalukan, saya ingin mengakui bahwa saya mendengar ungkapan ini, tetapi tidak tahu apa maksudnya atau bahkan pada topik apa ungkapan itu digunakan. Izinkan saya memberi tahu Anda apa yang saya baca di Internet tentang kucing ini...
« Kucing Schrödinger“- ini adalah nama eksperimen pemikiran terkenal dari fisikawan teoretis Austria yang terkenal Erwin Schrödinger, yang juga merupakan pemenang Hadiah Nobel. Dengan bantuan eksperimen fiktif ini, ilmuwan ingin menunjukkan ketidaklengkapan mekanika kuantum dalam transisi dari sistem subatom ke sistem makroskopis.
Artikel asli oleh Erwin Schrödinger diterbitkan pada tahun 1935. Berikut kutipannya:
Anda juga dapat membuat kasus yang didalamnya terdapat banyak bahan olok-olok. Biarkan beberapa kucing dikurung di dalam ruang baja dengan mesin jahat berikut (yang harus dilakukan tanpa menghiraukan campur tangan kucing tersebut): di dalam penghitung Geiger terdapat sejumlah kecil zat radioaktif, sangat kecil sehingga hanya satu atom yang dapat meluruh dalam satu jam, tetapi dengan kemungkinan yang sama mungkin tidak hancur; jika ini terjadi, tabung pembacaan akan habis dan relai diaktifkan, melepaskan palu, yang memecahkan labu dengan asam hidrosianat.
Jika kita membiarkan keseluruhan sistem ini selama satu jam, maka kita dapat mengatakan bahwa kucing akan hidup setelah waktu tersebut, selama atomnya tidak hancur. Penghancuran atom yang pertama akan meracuni kucing. Fungsi psi dari sistem secara keseluruhan akan mengungkapkan hal ini dengan mencampurkan atau mengolesi kucing hidup dan kucing mati (maafkan ungkapannya) di bagian yang sama. Hal yang khas dalam kasus-kasus seperti ini adalah bahwa ketidakpastian yang awalnya terbatas pada dunia atomik diubah menjadi ketidakpastian makroskopis, yang dapat dihilangkan dengan pengamatan langsung. Hal ini mencegah kita untuk secara naif menerima “model kabur” sebagai cerminan kenyataan. Hal ini sendiri tidak berarti sesuatu yang tidak jelas atau bertentangan. Ada perbedaan antara foto buram atau tidak fokus dan foto awan atau kabut.
Dengan kata lain:
- Ada sebuah kotak dan seekor kucing. Kotak tersebut berisi mekanisme yang berisi inti atom radioaktif dan wadah gas beracun. Parameter percobaan dipilih sehingga kemungkinan peluruhan nuklir dalam 1 jam adalah 50%. Jika nukleusnya hancur, wadah berisi gas terbuka dan kucing tersebut mati. Jika nukleusnya tidak membusuk, kucing tersebut tetap hidup dan sehat.
- Kami menutup kucing di dalam kotak, menunggu satu jam dan mengajukan pertanyaan: apakah kucing itu hidup atau mati?
- Mekanika kuantum tampaknya memberi tahu kita bahwa inti atom (dan juga kucing) berada dalam semua keadaan yang memungkinkan secara bersamaan (lihat superposisi kuantum). Sebelum kita membuka kotaknya, sistem inti kucing berada dalam keadaan “intinya telah membusuk, kucingnya mati” dengan probabilitas 50% dan dalam keadaan “intinya belum membusuk, kucingnya hidup” dengan a kemungkinan 50%. Ternyata kucing yang duduk di dalam kotak itu hidup dan mati sekaligus.
- Menurut interpretasi Kopenhagen modern, kucing itu hidup/mati tanpa adanya keadaan perantara. Dan pemilihan keadaan peluruhan inti terjadi bukan pada saat kotak dibuka, tetapi bahkan ketika inti memasuki detektor. Karena reduksi fungsi gelombang sistem “detektor-inti-kucing” tidak dikaitkan dengan manusia pengamat kotak, tetapi dikaitkan dengan detektor-pengamat inti.
Menurut mekanika kuantum, jika inti atom tidak diamati, maka keadaannya digambarkan oleh campuran dua keadaan - inti yang membusuk dan inti yang tidak membusuk, oleh karena itu, seekor kucing duduk di dalam kotak dan mempersonifikasikan inti atom. sebuah atom hidup dan mati pada saat yang bersamaan. Jika kotak dibuka, maka pelaku eksperimen hanya dapat melihat satu keadaan tertentu - “intinya telah membusuk, kucingnya mati” atau “intinya belum membusuk, kucingnya hidup”.
Intisari dalam bahasa manusia: Eksperimen Schrödinger menunjukkan bahwa, dari sudut pandang mekanika kuantum, kucing itu hidup dan mati, padahal tidak mungkin. Oleh karena itu, mekanika kuantum memiliki kelemahan yang signifikan.
Pertanyaannya adalah: kapan suatu sistem tidak lagi ada sebagai campuran dua keadaan dan memilih satu keadaan tertentu? Tujuan percobaan ini adalah untuk menunjukkan bahwa mekanika kuantum tidak lengkap tanpa beberapa aturan yang menunjukkan kondisi di mana fungsi gelombang runtuh dan kucing menjadi mati atau tetap hidup tetapi tidak lagi merupakan campuran keduanya. Karena jelas bahwa kucing pasti hidup atau mati (tidak ada keadaan peralihan antara hidup dan mati), hal ini serupa dengan inti atom. Itu harus membusuk atau tidak membusuk (Wikipedia).
Interpretasi lain yang lebih baru atas eksperimen pemikiran Schrödinger adalah kisah yang diceritakan Sheldon Cooper, pahlawan Teori Big Bang, kepada tetangganya yang kurang berpendidikan, Penny. Inti dari cerita Sheldon adalah konsep kucing Schrödinger dapat diterapkan pada hubungan antarmanusia. Untuk memahami apa yang terjadi antara pria dan wanita, hubungan seperti apa yang ada di antara mereka: baik atau buruk, Anda hanya perlu membuka kotaknya. Sampai saat itu tiba, hubungan tersebut baik dan buruk.
Di bawah ini adalah klip video pertukaran Teori Big Bang antara Sheldon dan Penia.
Ilustrasi Schrödinger adalah contoh terbaik untuk menggambarkan paradoks utama fisika kuantum: menurut hukumnya, partikel seperti elektron, foton, dan bahkan atom ada dalam dua keadaan pada saat yang sama (“hidup” dan “mati”, jika Anda ingat kucing yang sudah lama menderita). Keadaan ini disebut superposisi.
Fisikawan Amerika Art Hobson dari Universitas Arkansas (Arkansas State University) mengusulkan solusinya terhadap paradoks ini.
“Pengukuran dalam fisika kuantum didasarkan pada pengoperasian perangkat makroskopis tertentu, seperti penghitung Geiger, yang dengannya keadaan kuantum sistem mikroskopis - atom, foton, dan elektron ditentukan. Teori kuantum menyiratkan bahwa jika Anda menghubungkan sistem mikroskopis (partikel) ke beberapa perangkat makroskopik yang membedakan dua keadaan sistem yang berbeda, maka perangkat tersebut (penghitung Geiger, misalnya) akan masuk ke keadaan keterikatan kuantum dan juga menemukan dirinya dalam dua superposisi secara bersamaan. Namun, fenomena ini tidak mungkin diamati secara langsung, sehingga hal ini tidak dapat diterima,” kata fisikawan tersebut.
Hobson mengatakan bahwa dalam paradoks Schrödinger, kucing memainkan peran perangkat makroskopis, penghitung Geiger, yang terhubung ke inti radioaktif untuk menentukan keadaan peluruhan atau "non-pembusukan" inti tersebut. Dalam hal ini, kucing hidup akan menjadi indikator “tidak membusuk”, dan kucing mati akan menjadi indikator pembusukan. Namun menurut teori kuantum, kucing, seperti nukleus, harus ada dalam dua superposisi hidup dan mati.
Sebaliknya, menurut fisikawan tersebut, keadaan kuantum kucing seharusnya terjerat dengan keadaan atom, yang berarti bahwa mereka berada dalam “koneksi nonlokal” satu sama lain. Artinya, jika keadaan salah satu benda yang terjerat tiba-tiba berubah menjadi sebaliknya, maka keadaan pasangannya juga akan berubah, tidak peduli seberapa jauh jaraknya satu sama lain. Pada saat yang sama, Hobson mengacu pada konfirmasi eksperimental teori kuantum ini.
“Hal yang paling menarik tentang teori keterjeratan kuantum adalah bahwa perubahan keadaan kedua partikel terjadi secara instan: tidak ada sinyal cahaya atau elektromagnetik yang memiliki waktu untuk mengirimkan informasi dari satu sistem ke sistem lainnya. Jadi bisa dibilang itu adalah sebuah benda yang dibagi menjadi dua bagian oleh ruang, tidak peduli seberapa jauh jarak antara keduanya,” jelas Hobson.
Kucing Schrödinger tidak lagi hidup dan mati pada saat yang bersamaan. Ia mati jika disintegrasi terjadi, dan hidup jika disintegrasi tidak pernah terjadi.
Mari kita tambahkan bahwa solusi serupa terhadap paradoks ini telah diusulkan oleh tiga kelompok ilmuwan lagi selama tiga puluh tahun terakhir, namun solusi tersebut tidak ditanggapi dengan serius dan tidak diperhatikan oleh kalangan ilmiah yang luas. Hobson mencatat bahwa pemecahan paradoks mekanika kuantum, setidaknya secara teoritis, mutlak diperlukan untuk pemahaman yang mendalam.
Schrödinger
Namun baru-baru ini, para TEORI MENJELASKAN BAGAIMANA GRAVITASI MEMBUNUH KUCING SCHRODINGER, namun ini lebih rumit...
Sebagai aturan, fisikawan menjelaskan fenomena bahwa superposisi mungkin terjadi di dunia partikel, tetapi tidak mungkin terjadi pada kucing atau objek makro lainnya, gangguan dari lingkungan. Ketika objek kuantum melewati suatu medan atau berinteraksi dengan partikel acak, ia langsung mengambil satu keadaan saja - seolah-olah sedang diukur. Inilah tepatnya bagaimana superposisi dihancurkan, seperti yang diyakini para ilmuwan.
Namun meskipun objek makro dalam keadaan superposisi dapat diisolasi dari interaksi dengan partikel dan medan lain, cepat atau lambat objek tersebut akan mengambil keadaan tunggal. Setidaknya hal ini berlaku untuk proses yang terjadi di permukaan bumi.
“Di suatu tempat di ruang antarbintang, mungkin seekor kucing memiliki peluang untuk mempertahankan koherensi kuantum, tetapi di Bumi atau di dekat planet mana pun hal ini sangat kecil kemungkinannya. Dan alasannya adalah gravitasi,” jelas penulis utama studi baru ini, Igor Pikovski dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Pikovsky dan rekan-rekannya dari Universitas Wina berpendapat bahwa gravitasi memiliki efek destruktif pada superposisi kuantum objek makro, dan oleh karena itu kita tidak mengamati fenomena serupa di makrokosmos. Konsep dasar hipotesis baru ini diuraikan secara singkat dalam film “Interstellar”.
Teori relativitas umum Einstein menyatakan bahwa suatu benda yang sangat masif akan membelokkan ruangwaktu di sekitarnya. Mempertimbangkan situasi pada tingkat yang lebih kecil, kita dapat mengatakan bahwa untuk sebuah molekul yang terletak di dekat permukaan bumi, waktu akan berlalu lebih lambat dibandingkan dengan molekul yang terletak di orbit planet kita.
Akibat pengaruh gravitasi terhadap ruang-waktu, suatu molekul yang terkena pengaruh tersebut akan mengalami penyimpangan posisinya. Dan ini, pada gilirannya, akan mempengaruhi energi internalnya - getaran partikel dalam molekul yang berubah seiring waktu. Jika sebuah molekul dimasukkan ke dalam keadaan superposisi kuantum di dua lokasi, maka hubungan antara posisi dan energi internal akan segera memaksa molekul untuk “memilih” hanya satu dari dua posisi di ruang angkasa.
“Dalam kebanyakan kasus, fenomena dekoherensi dikaitkan dengan pengaruh eksternal, namun dalam kasus ini, getaran internal partikel berinteraksi dengan pergerakan molekul itu sendiri,” jelas Pikovsky.
Efek ini belum teramati karena sumber dekoherensi lain, seperti medan magnet, radiasi termal, dan getaran, biasanya jauh lebih kuat, sehingga menyebabkan kehancuran sistem kuantum jauh sebelum gravitasi terjadi. Namun para peneliti berusaha keras untuk menguji hipotesis tersebut.
Pengaturan serupa juga dapat digunakan untuk menguji kemampuan gravitasi dalam menghancurkan sistem kuantum. Untuk melakukan ini, perlu membandingkan interferometer vertikal dan horizontal: yang pertama, superposisi akan segera hilang karena pelebaran waktu pada “ketinggian” jalur yang berbeda, sedangkan yang kedua, superposisi kuantum mungkin tetap ada.
sumber
http://4brain.ru/blog/%D0%BA%D0%BE%D1%82-%D1%88%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0% B3%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D1%81%D1%83%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1% 82%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BC%D0%B8/
http://www.vesti.ru/doc.html?id=2632838
Ini sedikit lebih ilmiah semu: misalnya, dan di sini. Jika Anda belum mengetahuinya, bacalah tentang dan apa itu. Dan kita akan mencari tahu apa itu Artikel asli ada di website InfoGlaz.rf Tautan ke artikel tempat salinan ini dibuat -Dasar-dasar teori kuantum
Teori kuantum sejauh ini merupakan deskripsi realitas paling aneh yang pernah diciptakan oleh fisikawan. Namun mereka memercayai hal tersebut karena, meskipun telah dilakukan pengujian yang ketat selama berpuluh-puluh tahun, tidak ada satu pun eksperimen yang menyangkal hal tersebut. Selain itu, teori kuantum telah menghasilkan banyak aplikasi praktis - perangkat rumah tangga yang tidak akan berfungsi jika fenomena kuantum aneh tidak terjadi pada tingkat atom. Misalnya, fakta bahwa halaman ini ada di depan Anda di layar komputer sebagian besar disebabkan oleh efek kuantum. Hukum yang mengatur transistor yang menggerakkan komputer Anda, serta efek magnetis yang digunakan untuk menyimpan halaman tersebut di hard drive Anda, berada dalam ranah teori kuantum.
Walaupun teori ini sukses, teori ini sangat melanggar pandangan umum kita tentang dunia sehingga meskipun kita menggunakan teori tersebut untuk menggambarkan secara akurat hasil eksperimen tertentu, kita tidak akan mengakui bahwa kita benar-benar memahami teori kuantum. Inilah yang dikatakan dua peraih Nobel tentang teori kuantum: “Siapa pun yang tidak terkejut dengan teori kuantum belum memahaminya” (Niels Bohr) dan “Saya rasa saya dapat mengatakan dengan yakin bahwa tidak ada seorang pun yang memahami mekanika kuantum” (Richard Feynman). Sejak teori kuantum dikembangkan pada tahun 1920-an, pertanyaan tentang apa sebenarnya yang dikatakan teori tersebut tentang “jalinan realitas” telah menyibukkan banyak pemikir terbesar dalam bidang fisika dan filsafat. Penyelidikan mendalam terhadap studi tentang dasar-dasar teori kuantum terus berlanjut hingga hari ini.
Keanehan kuantum
Inti dari keanehan kuantum terletak pada apa yang dikenal sebagai prinsip superposisi. Katakanlah kita memiliki satu bola, yang disembunyikan di salah satu dari dua kotak. Sekalipun kita tidak tahu di kotak mana bola itu berada, kita cenderung percaya bahwa bola itu sebenarnya ada di salah satu dari dua kotak itu, sedangkan di kotak yang lain tidak ada apa-apa. Namun, jika alih-alih bola kita mengambil benda mikroskopis seperti atom, maka secara umum keliru jika berasumsi bahwa atom hanya berada di salah satu dari dua kotak tersebut. Dalam teori kuantum, sebuah atom dapat berperilaku sedemikian rupa sehingga, dalam arti tertentu, berada di kedua kotak sekaligus—sebuah superposisi dari alternatif-alternatif yang tampaknya saling eksklusif. Perilaku aneh ini diperlukan agar alam dapat bekerja pada skala mikroskopis dan terjalin erat dalam jalinan realitas.
Apa maksudnya ketika kita mengatakan sebuah atom dapat berperilaku seolah-olah berada di dua tempat pada waktu yang sama? Perhatikan eksperimen celah ganda klasik, di mana aliran partikel identik (dengan kecepatan dan arah yang sama) diarahkan pada partisi dengan dua celah. Partikelnya bisa berupa elektron, atom, atau bahkan molekul besar - tidak masalah. Beberapa partikel akan terhalang oleh partisi tersebut, sementara yang lain akan melewatinya dan bertabrakan dengan layar rekaman kedua. Mari kita asumsikan bahwa laju alirannya sangat rendah, sehingga hanya satu partikel yang dikeluarkan dari peralatan pada satu waktu. Hal ini memastikan bahwa semua perilaku aneh yang diamati disebabkan oleh masing-masing partikel, bukan karena dua atau lebih partikel yang mempunyai pengaruh satu sama lain. Hasil percobaan dapat diringkas sebagai berikut:
· Partikel yang tiba satu per satu mengenai layar rekaman di tempat acak. Sekalipun mereka semua mempunyai “keadaan” yang sama, lokasi tegangan tidak dapat diprediksi sebelumnya. Ada keacakan sejati di alam, lebih dalam dari keacakan pelemparan sebuah dadu.
· Seiring bertambahnya jumlah partikel, pola tumbukan yang jelas muncul di layar rekaman - partikel cenderung lebih sering menyerang di beberapa tempat dibandingkan tempat lain. Pola ini memberi tahu kita kemungkinan suatu partikel tertentu akan menabrak lokasi tertentu.
Ternyata pola probabilistik ini dapat dihitung dengan sangat akurat melalui beberapa cara yang setara secara matematis, misalnya:
a) Salah satu caranya adalah dengan melupakan partikel dan mempertimbangkan gelombang imajiner yang melewati partisi. Muka gelombang seperti itu akan melewati kedua celah secara bersamaan, dua gelombang akan muncul di sisi yang lain, satu dari masing-masing celah. Mereka akan menyebar ke arah layar rekaman, tumpang tindih dan saling mengganggu – seperti gelombang air di danau. Akibat pola interferensi tersebut, gelombang di beberapa tempat di layar akan lebih kuat dibandingkan di tempat lain. Dengan pilihan jarak puncak gelombang (panjang gelombang) yang tepat, pola interferensi ini dapat sama persis dengan pola probabilitas partikel kita.
b) Cara lain adalah dengan mencoba memahami eksperimen secara ketat dalam kaitannya dengan partikel yang melewati perangkat. Akhirnya, partikel-partikel tersebut dipancarkan dari sumbernya dan partikel-partikel tersebut muncul di layar rekaman. Dalam hal ini, matematika memberi tahu kita bahwa untuk mendapatkan titik tertentu pada layar rekaman, setiap partikel berada pada dua jalur sekaligus, satu melewati celah kiri, yang lain melewati celah kanan. Probabilitas suatu partikel akan benar-benar mencapai titik yang terdeteksi dapat dihitung berdasarkan angka-angka tertentu yang terkait dengan kedua jalur tersebut, dan kita kembali mendapatkan pola probabilitas partikel yang sama.
Matematika yang terlibat di sini cukup sederhana, namun semua penafsiran atas apa yang dikemukakannya tentang sifat alam semesta melibatkan beberapa bentuk gagasan yang pada dasarnya aneh. Dalam kasus (a) dan (b) di atas, keanehan ini muncul dari fakta bahwa setiap partikel yang melewati perangkat entah bagaimana menyadari kedua celah tersebut: apakah kita membayangkan gelombang imajiner yang terkait dengan partikel tersebut, atau partikel itu sendiri yang melewati keduanya. celah secara bersamaan.
Untuk melihatnya lebih jelas, perhatikan bahwa dengan kedua celah terbuka, terdapat tempat pada layar perekaman di mana partikel tidak pernah jatuh. Namun, percobaan lebih lanjut menunjukkan bahwa partikel tidak mempunyai masalah untuk masuk ke tempat-tempat ini ketika mereka dipaksa untuk melewati hanya satu celah (ketika celah lainnya diblokir sementara). Dengan kata lain, ada tempat di layar di mana partikel dapat mengenai ketika hanya celah kiri yang terbuka atau hanya celah kanan yang terbuka, namun tidak akan pernah mengenai jika kedua celah terbuka. Dengan asumsi bahwa suatu partikel tertentu benar-benar melewati hanya satu celah (kanan atau kiri), bagaimana ia bisa "mengetahui" bahwa celah lainnya (kiri atau kanan) terbuka atau tidak, dan karena itu "tahu" ke mana ia "diizinkan" untuk pergi? , dan di mana tidak? Entah bagaimana partikel tersebut berperilaku seolah-olah berada di dua tempat sekaligus, di celah kiri dan kanan. Kembali ke atom dan dua kotak, kita mempunyai situasi serupa: dalam kehidupan sehari-hari kita akan mengharapkan "atom di kotak 1" atau "atom di kotak 2". Namun, di dunia kuantum, kita dapat, dan biasanya memang demikian, mempunyai "atom di kotak 1" dan "atom di kotak 2".
Hal yang sama dapat dikatakan berbeda. Pertanyaan pokok dalam fisika biasa (non kuantum) dapat dirumuskan sebagai berikut: mengetahui posisi awal dan kecepatan (besar dan arah) bola, bagaimana lintasan selanjutnya? Dalam fisika kuantum, jenis pertanyaannya sangat berbeda: mengetahui bahwa saya melihat sebuah partikel di sini dan saat ini, berapakah kemungkinan saya akan melihatnya di sana dan saat itu juga? Terlebih lagi, menghitung probabilitas ini melibatkan ide-ide aneh. Misalnya: ketika bergerak dari sini ke sana, sebuah partikel ada secara bersamaan di semua jalur yang memungkinkan, termasuk berhenti di Bulan! Dalam beberapa dekade terakhir, para ilmuwan mulai memanfaatkan keanehan kuantum ini untuk mengembangkan teknologi baru dan canggih seperti kriptografi kuantum dan komputasi kuantum—lihat informasi kuantum.
Kebingungan
Jika kita memiliki lebih dari satu partikel, superposisi kuantum dapat menyebabkan fenomena yang lebih aneh lagi yang disebut belitan kuantum. Dua partikel, katakanlah elektron, dalam "keadaan terjerat" menunjukkan jenis hubungan atau "korelasi" yang sangat misterius. Jika salah satu elektron terganggu, maka elektron lainnya akan langsung terpengaruh, meskipun jaraknya sangat jauh di luar angkasa (misalnya, satu elektron di Bumi dan satu elektron lagi di Mars). Arti kata “pengaruh” yang digunakan di sini cukup halus. Keterikatan tidak cukup kuat untuk memungkinkan kita mengirimkan informasi secara instan, mis. lebih cepat dari kecepatan cahaya (dan karenanya tidak ada pelanggaran terhadap teori relativitas Einstein). Namun keterjeratan tersebut cukup kuat sehingga menimbulkan beberapa konsekuensi menarik yang dapat diukur (yang membuat Einstein jengkel dan menyebutnya sebagai "aksi mengerikan dari jarak jauh"). Ada interaksi yang mendalam dan menarik antara relativitas dan teori kuantum yang berperan di sini, misalnya pertanyaan seperti: "Jika salah satu dari pasangan partikel yang terjerat jatuh ke dalam lubang hitam dan yang lainnya terbang ke tempat yang dapat kita deteksi, dapatkah partikel kedua (atau banyak partikel serupa) digunakan untuk mengekstrak informasi tentang apa yang telah jatuh ke dalam lubang hitam?" lubang hitam, atau bahkan bagaimana lubang hitam itu terbentuk?"
Untuk memahami keanehan keterjeratan kuantum, pertimbangkan eksperimen pemikiran sederhana. Misalkan kita melempar sebuah koin dan, tanpa melihatnya, memotongnya menjadi dua (untuk memisahkan kedua sisi koin), lalu menyembunyikan masing-masing setengahnya di dalam kotak tertutup, memberikan satu kotak kepada Alice dan kotak lainnya kepada Bob, dan mengirim Alice ke Venus, dan Bob ke Mars. Ketika Alice membuka kotaknya, dia akan menemukan separuh koin dengan kepala atau ekor, dan Bob akan menemukan separuh lainnya. Hal ini tidak mengherankan.
Namun sekarang, dibandingkan koin dengan dua sisi, katakanlah kita mempunyai dua elektron. Sangat mudah untuk menyiapkan dua elektron dalam dua keadaan berlawanan, satu dengan spin ke atas dan yang lainnya dengan spin ke bawah (mirip dengan kepala dan ekor), dan melakukan percobaan serupa lagi. Perbedaannya adalah di dunia kuantum, dua kasus (A) berputar ke atas di dalam kotak Alice dan berputar ke bawah di dalam kotak Bob, dan (B) berputar ke bawah di dalam kotak Alice dan berputar ke atas di dalam kotak Bob dapat terjadi secara bersamaan. Alih-alih A atau B biasa, kita dapat memiliki A dan B, yang sesuai dengan interpretasi teori kuantum yang kita bahas di atas. Sampai Alice melihat ke dalam, kotaknya berisi elektron yang pasti tidak berputar ke atas maupun ke bawah. Keadaan tak tentu ini hanya dapat dijelaskan dengan menganggap elektron dalam dua kotak sebagai bagian dari sistem tunggal; keduanya tidak dapat dijelaskan secara terpisah. Situasi serupa terjadi pada elektron dalam kotak Bob.
Jika Alice sekarang melihat ke dalam kotaknya, dia akan memaksa alam untuk memilih satu atau beberapa keadaan tertentu, A atau B, dan alam akan memilihnya secara acak. Biarkan alam memilih keadaan A (putar ke atas untuk Alice, putar ke bawah untuk Bob). Khususnya, pilihan ini mempengaruhi kedua kotak secara bersamaan, tidak peduli seberapa jauh jaraknya. Saat Alice melihat ke dalam kotaknya, dia tidak hanya akan mempengaruhi elektronnya untuk memperoleh putaran ke atas tertentu, tetapi juga elektron Bob (dalam kotaknya yang saat ini tersegel) untuk memperoleh putaran ke bawah tertentu. Pandangan Alice terhadap elektronnya langsung mempengaruhi elektron Bob, terlepas dari jarak di antara mereka. Tampaknya hal ini mengarah pada pelanggaran prinsip Einstein tentang kecepatan cahaya! Namun karena Alice tidak memiliki kendali atas dua keadaan spesifik mana yang akan diambil elektronnya (pilihan acak alam), proses tersebut tidak dapat digunakan untuk mentransfer informasi secara instan, jadi sebenarnya tidak ada pelanggaran terhadap batas kecepatan cahaya. Namun, semua ini tentu aneh!
Selain menimbulkan pertanyaan mendalam dan menarik tentang hakikat realitas, keterjeratan kuantum memiliki penerapan penting dalam kriptografi kuantum. Hal ini memungkinkan untuk mentransfer informasi kuantum yang sangat rumit (seperti keadaan kuantum elektron dalam atom) dari satu tempat ke tempat lain dalam proses yang disebut “teleportasi kuantum,” dengan penerapan penting dalam komputasi kuantum. Kedua aplikasi ini dibahas pada bagian informasi kuantum.
Interpretasi dunia kuantum
Apa yang harus kita lakukan terhadap dunia kuantum yang aneh ini? Seperti telah kami sebutkan, meskipun matematika teori kuantum telah dipahami dengan baik, keanehan ini telah menyebabkan penafsiran berbeda terhadap hakikat "realitas".
Mari kita kembali ke atom kita yang ada sebagai superposisi di kotak 1 dan kotak 2. Ketika kita "melihat" ke dalam kotak (misalnya, dengan menyinari cahaya dan mendeteksi cahaya yang dihamburkan oleh atom), kita akan selalu menemukan satu atom di dalam kotak. 1 atau di kotak 2, tetapi tidak pernah di keduanya, karena hanya ada satu atom. Tapi apa sebenarnya dimensi itu? Apakah ada interaksi fisik di mana alat pengukur menyebabkan sistem kuantum menghasilkan hasil tertentu (versi kuat dari apa yang disebut "Interpretasi Kopenhagen", dan interpretasi tersebut menjadi inti pembahasan artikel ini)? Atau apakah kepastian hanyalah ilusi, dan perangkat serta partikel kuantum hanyalah bagian dari sistem kuantum besar di mana semua kemungkinan hasil pengukuran diwujudkan? Artinya, untuk setiap hasil yang diperoleh dalam “realitas paralel” terdapat berjuta-juta salinan alat ukur yang memperoleh semua hasil yang mungkin (“Interpretasi Banyak Dunia”)? Ataukah ketidakpastian itu sendiri hanyalah ilusi, dan teori kuantum mungkin dibangun di atas landasan tersembunyi yang mengikuti evolusi yang dapat diprediksi (“mekanika bohmian”)?
Menjawab pertanyaan-pertanyaan tentang dasar-dasar teori kuantum menjadi sangat penting dalam konteks sejumlah masalah mendasar dengan berbagai implikasi. Misalnya, karena Alam Semesta awal harus dideskripsikan sebagai sistem kuantum, pertanyaan tentang landasan teori kuantum menjadi penting untuk memahami asal usul Alam Semesta kita, yaitu untuk kosmologi kuantum. Pemahaman yang lebih dalam tentang dasar-dasar teori kuantum dapat membantu kita memecahkan salah satu masalah besar teori kuantum yang belum terpecahkan: Bagaimana cara memasukkan gravitasi dan mendapatkan teori gravitasi kuantum?
Sihir kuantum Doronin Sergey Ivanovich
2.4. Superposisi negara bagian
2.4. Superposisi negara bagian
Kehadiran keadaan “tidak wajar” (dari sudut pandang klasik) di dunia sekitar kita, objektivitas keberadaannya telah dikonfirmasi oleh eksperimen fisik, dan fakta ini merupakan konsekuensi langsung dari salah satu prinsip paling mendasar mekanika kuantum. - prinsip superposisi negara. Atau lebih baik dikatakan sebaliknya: sifat inheren alam ini tercermin dalam prinsip teoritis dasar mekanika kuantum. Hal tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut.
Prinsip superposisi negara : jika suatu sistem dapat berada dalam keadaan yang berbeda, maka sistem tersebut dapat berada dalam keadaan yang diperoleh sebagai hasil “superposisi” simultan dari dua keadaan atau lebih dari himpunan ini.
Dalam teori kuantum, terdapat dua jenis superposisi yang berbeda secara kualitatif sesuai dengan fakta bahwa keadaan murni dapat dijelaskan dengan vektor keadaan, dan keadaan campuran dengan matriks kepadatan. Oleh karena itu, vektor keadaan atau matriks kepadatan dapat saling tumpang tindih. Untuk saat ini kita akan membahas tentang superposisi keadaan murni; untuk menekankan keadaan ini, ungkapan “superposisi koheren” dan “keadaan koheren” biasanya digunakan.
Dalam fisika klasik, konsep superposisi juga banyak digunakan. Di sekolah kami semua menggambar panah vektor untuk gaya yang diterapkan pada suatu benda, dan dengan menggunakan aturan jajaran genjang (segitiga) kami menemukan vektor gaya yang dihasilkan. Dalam hal ini kami menggunakan prinsip superposisi fisika klasik, yang intinya adalah bahwa efek yang dihasilkan dari beberapa pengaruh independen adalah jumlah dari efek yang disebabkan oleh masing-masing pengaruh secara terpisah. Ini berlaku untuk sistem atau bidang fisik yang dijelaskan oleh persamaan linier.
Namun dalam fisika klasik, prinsip superposisi bersifat perkiraan, dan bukan universal. Hal ini lebih merupakan konsekuensi dari linearitas persamaan gerak sistem yang bersangkutan dan berfungsi sebagai perkiraan yang cukup baik ketika efek nonlinier tidak signifikan.
Situasinya berbeda dalam mekanika kuantum. Di dalamnya, prinsip superposisi merupakan hal mendasar, salah satu postulat utama yang menentukan struktur peralatan matematika teori tersebut. Misalnya saja, negara-negara bagian mekanika kuantum
Dari buku Geopsikologi dalam Shamanisme, Fisika dan Taoisme pengarang Mindell Arnold Dari buku Kekuatan Keheningan pengarang Mindell Arnold Dari buku Sisi Gelap dan Terang dari Realitas pengarang Zorin Petr Grigorievich Dari buku Buku Teorema 2 pengarang Lensky Vasily VasilievichSuperposisi Superposisi, fenomena superposisi gelombang, adalah sifat khusus gelombang yang terjadi setiap kali gelombang bertemu satu sama lain. Penjumlahan dan pengurangan timbal balik, superposisi, tidak terjadi pada partikel - ini hanya karakteristiknya
Dari buku Sains, Tradisi, Jagra tentang kemungkinan dan metode pembangunan manusia pengarang Zarechny MikhailTentang pengaruh keadaan Keadaan negatif yang kadang-kadang dialami seseorang dapat menimbulkan perasaan jengkel atau rasa bersalah pada orang lain yang berhubungan dengannya. Kedua perasaan timbal balik ini sebenarnya bersifat protektif. Itu,
Dari buku Sihir Kuantum pengarang Doronin Sergey IvanovichSuperposisi ruang bipolar Kunci superposisi Jika aksioma 1 dan aksioma 6 memungkinkan gembok itu sendiri berinteraksi, maka akan timbul pertanyaan tentang hukum interaksi antara semua benda jika beberapa gembok bernomor sama dimasukkan ke dalam superposisi
Dari buku Penghancur Ilusi Otomatis, atau 150 Ide untuk Mereka yang Cerdas dan Kritis pengarang Minaeva Ekaterina ValerievnaSuperposisi ruang tripolar "Quaternion" adalah langkah pertama untuk memperkenalkan ruang segi empat isomorfik ke dalam superposisi. Tidak hanya ruang bipolar, tetapi juga ruang tripolar, yang dapat dimasukkan ke dalam superposisi, juga hilang
Dari buku Landasan Psikoenergi Moralitas pengarang Baranova Svetlana Vasilievnaangka empat. Superposisi ruang empat kutub Sejarah Setelah terciptanya teori “bilangan kompleks”, muncul pertanyaan tentang keberadaan bilangan “hiperkompleks” - bilangan dengan beberapa satuan “imajiner”. Sistem seperti ini dibangun pada tahun 1843 oleh ahli matematika Irlandia W.
Dari buku Spiritualitas Integral. Peran baru agama di dunia modern dan post-modern oleh Wilbur Ken Dari buku Fase. Memecahkan ilusi realitas penulis Pelangi MikhailBab 1 Keajaiban Keadaan Bingung
Dari buku penulis5.8. Realisasi keadaan kesadaran yang terjerat Kami belum menyentuh hal lain yang sangat penting
Dari buku penulis Dari buku penulis1.3. Tentang matriks keadaan manusia Keadaan manusia membentuk matriks keadaan manusia yang mendasari dunia individu dan realitas seseorang. Dan juga matriks keadaan manusia terlibat dalam pembentukan peristiwa dan situasi dengan bantuannya
Dari buku penulis6.1. Tentang matriks keadaan egois Kepribadian dan ego, setelah merambah ke dalam struktur energi manusia, telah menjadikan manusia egois. Seorang egois adalah orang yang mengutamakan kepentingan individu. Dasar tindakan seorang egois adalah egosentrisme, yaitu.
Dari buku penulisPengaruh Tahapan Ada alasan lain mengapa agama, agar bisa bertindak sebagai ban berjalan utama perkembangan manusia, harus mencakup keadaan meditatif, kontemplatif, dan non-biasa (kasar, halus, kausal, non-dual) dalam konteksnya.
Dari buku penulisInti dari penggunaan keadaan fase Awalnya, fase memberikan begitu banyak emosi dan berbagai macam pengalaman sehingga praktisi tidak memiliki pertanyaan tentang bagaimana menggunakannya untuk apa pun. Namun semakin banyak pengalaman yang muncul, pertanyaan ini menjadi semakin relevan.
Superposisi kuantum(superposisi koheren) adalah superposisi negara-negara yang tidak dapat diwujudkan secara bersamaan dari sudut pandang klasik; itu adalah superposisi negara-negara alternatif (saling eksklusif); Prinsip keberadaan superposisi keadaan biasanya disebut sederhana dalam konteks mekanika kuantum prinsip superposisi.
Jika fungsinya Ψ 1 (\displaystyle \Psi _(1)\ ) Dan Ψ 2 (\displaystyle \Psi _(2)\ ) adalah fungsi gelombang yang dapat diterima yang menggambarkan keadaan sistem kuantum, kemudian superposisi liniernya, Ψ 3 = c 1 Ψ 1 + c 2 Ψ 2 (\displaystyle \Psi _(3)=c_(1)\Psi _(1)+c_(2)\Psi _(2)\ ), juga menjelaskan beberapa keadaan sistem ini. Jika pengukuran kuantitas fisik apa pun f ^ (\displaystyle (\hat (f))\ ) mampu |Ψ 1 ⟩ (\displaystyle |\Psi _(1)\rangle ) mengarah pada hasil tertentu, dan dalam keadaan| Ψ 2 ⟩ (\displaystyle |\Psi _(2)\rangle )- Agar hasilnya, maka pengukurannya mampu |Ψ 3 ⟩ (\displaystyle |\Psi _(3)\rangle ) akan membuahkan hasil f 1 (\gaya tampilan f_(1)\ ) atau Dan f 2 (\gaya tampilan f_(2)\ ) dengan probabilitas
| c 1 | 2 (\gaya tampilan |c_(1)|^(2)\ ) | .
Prinsip superposisi juga mengikuti bahwa semua persamaan fungsi gelombang (misalnya, persamaan Schrödinger) dalam mekanika kuantum harus linier.
Setiap besaran yang dapat diamati (misalnya, posisi, momentum, atau energi suatu partikel) adalah nilai eigen dari operator linier Hermitian yang sesuai dengan keadaan eigen spesifik dari operator ini, yaitu fungsi gelombang tertentu, yang aksi operatornya dikurangi. untuk mengalikan dengan angka - nilai eigen. Kombinasi linier dari dua fungsi gelombang - keadaan eigen operator - juga akan menggambarkan keadaan fisik sistem yang sebenarnya. Namun, untuk sistem seperti itu besaran yang diamati tidak lagi memiliki nilai tertentu, dan sebagai hasil pengukuran akan diperoleh salah satu dari dua nilai dengan probabilitas yang ditentukan oleh kuadrat koefisien (amplitudo) yang digunakan basis berfungsi. masuk ke dalam kombinasi linier. (Tentu saja, fungsi gelombang suatu sistem dapat berupa kombinasi linier lebih dari dua keadaan basis, hingga jumlah yang tak terhingga).
Konsekuensi penting dari superposisi kuantum adalah berbagai efek interferensi (lihat eksperimen Young, metode difraksi), dan untuk sistem komposit, keadaan terjerat.
Contoh populer dari perilaku paradoks objek mekanika kuantum dari sudut pandang pengamat makroskopis adalah kucing Schrödinger, yang dapat mewakili superposisi kuantum dari kucing hidup dan kucing mati. Namun, tidak ada yang diketahui secara pasti tentang penerapan prinsip superposisi (serta mekanika kuantum secara umum) pada sistem makroskopis.
YouTube ensiklopedis
-
1 / 5
Tampilan:
Dunia kuantum sangat jauh dari dunia kita, sehingga hukum-hukumnya sering kali tampak aneh dan berlawanan dengan intuisi kita. Namun, berita penting dari fisika kuantum datang secara harfiah setiap hari, jadi sekarang kita perlu memiliki pemahaman yang benar tentangnya - jika tidak, di mata kita, karya fisikawan berubah dari sains menjadi sihir dan ditumbuhi mitos. Kita telah membicarakan tentang komputer kuantum, nonlokalitas, dan teleportasi kuantum. Hari ini kita akan membicarakan hal kuantum misterius lainnya - koherensi. Alexei Fedorov, peneliti junior di Pusat Kuantum Rusia, membicarakan hal ini.
Apa itu koherensi? Apakah ada analogi bagus dari fisika klasik?
Konsep koherensi pertama kali muncul dalam fisika klasik ketika membahas osilasi. Koherensi klasik adalah keteguhan fase relatif antara dua atau lebih proses gelombang dengan frekuensi yang sama. Ketika berbicara tentang koherensi, mereka selalu mengingat interferensi - suatu efek di mana total aliran energi dari beberapa sumber koheren pada titik tertentu dalam ruang diperoleh bukan dengan penambahan langsung aliran energi dari masing-masing sumber, tetapi dengan cara yang sedikit lebih kompleks. tata krama. Secara formal, Anda perlu menjumlahkan amplitudo kompleks yang menggambarkan gelombang yang datang dari masing-masing sumber, kemudian mengambil modulus bilangan kompleks yang dihasilkan dan mengkuadratkannya (dengan koefisien tertentu, sehingga dimensinya baik-baik saja).
Dengan menjumlahkan amplitudo kompleks, bukan intensitas, profil intensitas spasial yang sudah dikenal terbentuk. Perbedaan antara intensitas yang dihasilkan dari proses gelombang dan jumlah intensitas komponen-komponennya itulah yang merupakan tanda interferensi.
Sekarang ke mekanika kuantum. Salah satu ketentuan utama mekanika kuantum adalah bahwa partikel mikroskopis menunjukkan sifat gelombang dalam perilakunya. Namun jika dalam fisika klasik kita berbicara, misalnya, tentang gelombang kekuatan medan elektromagnetik, maka untuk partikel mikroskopis kita berbicara tentang gelombang probabilitas, yang digambarkan dengan “amplitudo probabilitas” yang kompleks, yang juga dikenal sebagai “fungsi gelombang”. Ide inilah yang termasuk dalam persamaan Schrödinger.
Gelombang probabilitas, seperti gelombang lainnya, juga dicirikan oleh efek yang sama terkait dengan kemungkinan gelombang saling bertumpukan. Dalam mekanika kuantum, superposisi ini disebut superposisi (koheren). Superposisi inilah yang menyebabkan efek “kuantum” berupa difraksi dan interferensi.
Sistem kuantum dapat berada dalam superposisi keadaan yang koheren, bahkan jika sistem tersebut merupakan superposisi (dari sudut pandang klasik) keadaan yang saling eksklusif. Penerapan langsung hukum kuantum pada dunia klasik mengarah pada situasi paradoks, salah satu yang paling terkenal adalah kucing Schrödinger. Ya, Schrödinger ingin memasukkan kucing (die Katze) ke dalam kotak, bukan kucing jantan.
Mengapa koherensi diperlukan untuk komputasi kuantum?
Koherensi kuantum memungkinkan terwujudnya paralelisme kuantum. Arsitektur komputer kuantum berbeda dari arsitektur komputasi klasik dalam beberapa aspek penting (hal ini telah dibahas dalam alfabet kuantum, tetapi dasar-dasarnya tidak akan berlebihan).
Sistem bit digantikan oleh sistem qubit, yang berada dalam keadaan awal tertentu. Operasi logika dilakukan bukan oleh elemen logika klasik, tetapi oleh analog kuantumnya. Jadi, dalam komputer kuantum, seluruh rangkaian (superposisi koheren) sinyal masukan dapat melewati elemen logika kuantum (“gerbang”) sekaligus, sehingga menghasilkan superposisi sinyal keluaran yang sesuai. Hal ini memberikan keunggulan komputasi kuantum dibandingkan komputasi klasik dalam beberapa kelas masalah, misalnya, dalam masalah faktorisasi.
Benar, ada kehalusan di sini: setelah komputer kuantum menyelesaikan penghitungannya, jawaban atas masalah yang dipecahkannya juga akan berada dalam keadaan superposisi. Segera setelah kita mencoba mencari tahu apa jawaban-jawaban ini, kita hanya akan mendapatkan satu jawaban yang dipilih secara acak. Namun setelah melakukan perhitungan berkali-kali, kita dapat membicarakan jawabannya dengan tingkat kemungkinan yang masuk akal.
Komputer kuantum memiliki keunggulan dibandingkan komputer klasik dalam kelas permasalahan tertentu. Di satu sisi, hal ini membatasi penerapannya dan menunjukkan bahwa ini mungkin tidak menggantikan komputer pribadi klasik kita. Meskipun demikian, ketika membuat asumsi seperti itu, perlu diingat bahwa pada awal era komputer, dunia dianggap hanya membutuhkan lima komputer.
Selain itu, kelas tugas yang dapat ditangani oleh komputer kuantum lebih baik daripada komputer klasik mendasari gagasan modern tentang kriptografi dan keamanan informasi. Jadi kemungkinan munculnya komputer kuantum telah mengubah aturan dalam teknologi informasi.
Apa itu dekoherensi, proses apa yang bisa mengarah pada dekoherensi?
Dalam fisika klasik, fenomena dekoherensi juga terjadi. Dekoherensi - pelanggaran koherensi - adalah hilangnya sifat-sifat koheren yang terkait dengan hilangnya keteguhan fase relatif antar sumber, yang, misalnya, menyebabkan rusaknya pola interferensi yang telah kita bahas di atas.
Dalam mekanika kuantum, segalanya menjadi lebih rumit dan lebih menarik. Dekoherensi adalah interaksi sistem kuantum dengan lingkungannya, di mana keadaan kuantum sistem berubah secara tidak terkendali. Dari sudut pandang teori informasi kuantum, dekoherensi berhubungan dengan munculnya keterjeratan antara derajat kebebasan keadaan kuantum dan derajat kebebasan lingkungan.
Dalam hal ini, sebagian informasi tentang objek kuantum masuk ke lingkungan, sedangkan sebagian informasi tentang lingkungan masuk ke sistem kuantum. Dekoherensi terjadi karena kekacauan ketidakpastian keadaan lingkungan menerobos keadaan sistem kuantum, mengubahnya secara tidak terkendali.
Mari kita pertimbangkan ini dengan menggunakan contoh eksperimen Jung yang terkenal: kita akan menembakkan partikel dari "senapan mesin kuantum" ke layar dengan dua celah. Jika kita menempatkan detektor elektron setelah layar, kita akan melihat pola interferensi. Dalam eksperimen Jung, interferensi menghilang ketika informasi tentang celah mana yang dilewati partikel memasuki lingkungan. Hal ini mungkin disebabkan oleh adanya pengaturan eksperimental khusus (misalnya, “senter” yang menerangi setiap celah), dan fenomena yang tidak dapat dikendalikan oleh para peneliti. Tampaknya ini adalah keajaiban, tetapi tidak - ini adalah “interaksi” sistem kuantum dengan pengamat.
Jika kita mempertimbangkan perilaku semua objek, termasuk objek makroskopis, dari sudut pandang mekanika kuantum, maka dekoherensi berhubungan dengan munculnya keterjeratan antara objek kuantum tertentu dan lingkungannya. Karena dekoherensi, kita tidak melihat kucing berlari berlawanan arah pada waktu yang bersamaan.
Bagaimana cara menentukan bahwa dekoherensi telah terjadi?
Dekoherensi dapat dideteksi, misalnya dengan hilangnya pola interferensi. Ada eksperimen sederhana “Welcher Weg” (“ke arah mana”). Di dalamnya, pada dasarnya kita hanya mengirimkan foton ke pemecah sinar, yang melaluinya foton akan melewatinya (sebut saja ini "jalur 1") atau dipantulkan (sebut saja ini "jalur 2"). Kemudian, dengan menggunakan cermin, kami menggabungkan kedua jalur tersebut menjadi pemecah berkas lainnya, yang masing-masing keluarannya memiliki detektor foton tunggal.
Misalnya, jika dalam percobaan ini interferometer (yaitu, hubungan antara panjang jalur) pada awalnya dikonfigurasi sehingga semua foton keluar secara ketat di salah satu dari dua arah pembagi berkas keluaran. Selama dekoherensi, mis. penghancuran keadaan superposisi koheren antar jalur, jalur tersebut akan keluar dengan probabilitas 1/2 pada masing-masing dua arah.
Misalkan komputer kuantum sedang melakukan operasi tertentu dan terjadi dekoherensi (misalnya, di tengah eksekusi algoritma Shor, atau beberapa operasi yang lebih sederhana). Apa hasil penghitungannya, apa bedanya dengan penghitungan pada qubit yang sepenuhnya koheren?
Dekoherensi akan menyebabkan hasil perhitungan yang terdistorsi (yang juga dapat berubah dari proses ke proses) dalam register kuantum keluaran. Misalnya, sebagai hasil eksekusi angka 15, kita tidak akan mendapatkan 3 dan 5 secara konsisten, tetapi dengan probabilitas tertentu 3 dan 5, dan dengan probabilitas tertentu segala macam hasil lainnya (2 dan 4, 3 dan 6, dst. )
Bagaimana cara mengatasi dekoherensi? Bisakah Anda memberikan contoh? Apakah lebih sulit menjaga koherensi dalam sistem multiqubit?
Untuk memerangi dekoherensi, diperlukan pengendalian lingkungan, karena pengaruh lingkungan sekecil apa pun dapat menyebabkan dekoherensi. Jadi, untuk mempelajari superposisi kuantum, perlu diisolasi secara hati-hati dari lingkungan.
Menariknya, keadaan terakhir memunculkan konsep sensor kuantum: karena keadaan kuantum sangat sensitif terhadap pengaruh eksternal, maka keadaan tersebut dapat digunakan untuk melakukan pengukuran ultra-sensitif. Baru-baru ini, sinyal dari neuron individu diukur menggunakan sensor kuantum di pusat NV.
Dalam praktiknya, suhu rendah dan berbagai skema kompensasi untuk fluktuasi parameter lingkungan yang berubah secara perlahan digunakan untuk memerangi dekoherensi. Misalnya, para ilmuwan telah belajar membalikkan dekoherensi dalam eksperimen dengan “spin echo” (lebih lanjut tentang itu di bawah).
Dalam sistem multiqubit, lebih sulit untuk menyeimbangkan kebutuhan untuk membuat qubit “mendengar” satu sama lain dan “berbicara” satu sama lain, dan pada saat yang sama tidak “mendengar” sekelilingnya. Tidak ada batasan fisik yang mendasar untuk hal ini, namun terdapat sejumlah kesulitan teknologi dalam memecahkan masalah tersebut.
Berapa lama koherensi bertahan dalam qubit modern?
Baru-baru ini, para ilmuwan di Universitas Maryland membuat perangkat lima qubit berdasarkan ion ytterbium dalam perangkap elektromagnetik (tentang itu N+1). Khususnya, dalam karya ini, yang merupakan salah satu karya terbaru, waktu-waktu ini berada dalam urutan detik.
Bagaimana nilai ini memenuhi persyaratan konsep komputer kuantum?
Waktu koherensi harus melebihi waktu terjadinya perhitungan dan koreksi kesalahan. Dengan demikian, waktu koherensi yang dapat dicapai cukup untuk melakukan perhitungan. Namun, hal ini belum cukup untuk membuat komputer kuantum yang lengkap dan universal, karena memerlukan memori jangka panjang dan elemen lain yang waktu koherensinya harus lebih lama. Pendekatan menarik lainnya adalah mengembangkan komputasi kuantum topologi yang toleran terhadap kesalahan.
Apa hubungan antara dekoherensi dan keruntuhan fungsi gelombang? Apakah mereka membicarakan hal yang sama?
Mereka adalah “polisi baik” dan “polisi jahat”.
Inti dari kedua proses ini adalah kebocoran informasi tentang keadaan sistem kuantum ke lingkungan. Ketika orang berbicara tentang dekoherensi, prosesnya tampaknya relatif lancar dan berlangsung lama - seperti interogasi terhadap seorang polisi yang baik. Dalam kasus keruntuhan, hal ini dimaksudkan untuk terjadi hampir seketika dan intens - polisi jahat membutuhkan jawaban segera. Dan tidak masalah apa yang terjadi selanjutnya dengan sistem kuantum kita.
Mereka sering berbicara tentang runtuhnya fungsi gelombang pada saat pengukuran, meskipun sebenarnya pengukuran tersebut adalah versi dekoherensi yang diatur, di mana peran lingkungan diambil alih oleh alat pengukur yang mengirimkan informasi tentang sistem kuantum ke tingkat makroskopis (secara relatif, terhadap defleksi jarum). Dapat juga dikatakan bahwa runtuhnya fungsi gelombang mewakili kasus dekoherensi yang terbatas.
Apakah mungkin untuk mematahkan dekoherensi sedikit dan kemudian mengembalikannya ke tempatnya?
Berdasarkan sifat proses dekoherensi, jelas bahwa untuk membalikkan dekoherensi perlu mengembalikan informasi yang diketahui lingkungan tentang sistem kuantum kembali ke sistem kuantum, yaitu. lingkungan makroskopis perlu “melupakannya”. Secara umum, hal ini sangat sulit, karena proses kebocoran informasi tidak dapat diubah karena terdapat sangat banyak derajat kebebasan di mana informasi ini dapat disimpan, dan mereka semua dengan cepat menukarnya satu sama lain. Oleh karena itu, untuk mengembalikan segala sesuatu pada tempatnya, Anda perlu mengendalikan lingkungan dengan cukup baik. Semuanya seperti halnya manusia pada umumnya.
Namun, pada prinsipnya, trik untuk membalikkan dekoherensi dapat dilakukan, misalnya, dalam eksperimen yang disebut “spin echo”. Esensinya adalah bahwa waktu evolusi sistem kuantum (misalnya, putaran nuklir) jauh lebih singkat daripada waktu terjadinya perubahan karakteristik kondisi eksternal (medan magnet). Dengan menggunakan rangkaian operasi khusus, proses kebocoran informasi tentang sistem kuantum dapat dibalik.
Disiapkan oleh Vladimir Korolev dan Andrey Konyaev
