Квантовая механика — раздел физики, изучающий поведение мельчайших частиц во Вселенной, таких как атомы, электроны и фотоны. В отличие от привычного нам макроскопического мира, где объекты подчиняются законам классической физики, в квантовом мире действуют иные правила. Одним из самых удивительных явлений является квантовая суперпозиция, которая позволяет частице находиться в нескольких состояниях одновременно.
Что такое квантовая суперпозиция?
В повседневной жизни предметы могут находиться только в одном состоянии: выключатель либо включен, либо выключен, кошка либо жива, либо мертва. Однако в квантовом мире такие частицы, как электроны или фотоны, могут существовать в суперпозиции, то есть в нескольких состояниях одновременно, пока они не будут измерены.
Ярким примером является мысленный эксперимент Шредингера о кошках. Например, если поместить кошку в коробку с механизмом, который с вероятностью 50% убьет ее на основе распада квантовых частиц, то кошка будет считаться одновременно живой и мертвой, пока коробка не будет открыта. Только под воздействием наблюдения система «коллапсирует» в одно из своих состояний.
Как учёные доказали суперпозицию?
Одним из ключевых экспериментов, подтвердивших суперпозицию, является эксперимент с двумя щелями.
Обратите внимание: Большой адронный коллайдер обнаружил новые частицы.
Когда фотоны проходят через две щели, они создают на экране интерференционную картину, похожую на волну. Однако если попытаться точно измерить, через какую щель прошла частица, интерференция исчезает — суперпозиция «разрушается».Более того, суперпозиция наблюдалась в ионах, молекулах и даже в хлорофилле растений, которые используют это свойство для более эффективного поглощения света.
Почему суперпозиция важна для квантовых компьютеров?
Традиционные компьютеры используют биты, которые могут принимать значение 0 или 1. Напротив, квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут находиться в состоянии 0 и 1 одновременно благодаря суперпозиции.
Три классических бита могут хранить только одно из восьми возможных состояний, например 000, 001, 010 и т д. При этом три кубита могут находиться в суперпозиции всех восьми состояний одновременно, что позволяет выполнять несколько вычислений параллельно.
Это позволит квантовым компьютерам решать задачи, на решение которых обычным суперкомпьютерам потребовались бы миллионы лет. Это открывает новые возможности в фармацевтике, моделировании климата и криптографии.
Когда отмечают Всемирный день квантовой физики?
14 апреля — Всемирный день квантовой техники. Выбор этой даты не случаен: 4,14 — это первые три цифры постоянной Планка (4,135667696×10⁻¹⁵ эВ с), фундаментальной константы квантовой механики.
Квантовая суперпозиция — лишь одно из многих удивительных явлений микроскопического мира, и ее исследования открыли новые горизонты для науки и техники.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Квантовая механика — это раздел физики, изучающий поведение мельчайших частиц во Вселенной, таких как атомы, электроны и фотоны.