今天(4月14日)标志着2025年的世界量子日,这是一个国际庆祝活动,旨在促进公众对量子科学的理解。
选择日期为4/14,是因为4.14代表前三位数字普朗克的不变(4.135667696 x 10-15每个赫兹的电子伏特,四舍五入为4.14 x 10-15) - 量子物理学的重要数字。
是涉及宇宙中最小粒子的科学分支,例如原子,电子,(光颗粒)和其他亚原子颗粒(如夸克)。
在日常世界中,根据我们可以看到的规模,事情往往遵循古典物理学的定律。但是,当您一直放大最小的粒子时,古典物理也停止工作,而规则发挥作用。
量子物理学的一些关键概念是,像电子之类的粒子可以像波浪一样行为,反之亦然(称为);可以将两个粒子链接到这样的方式,如果您测量一个粒子,您会立即了解另一个();量子粒子可以立即在多个状态下直到观察到(量子叠加)。
什么是量子叠加?
在日常生活中,某事一次只能处于一个状态:灯开关要么打开或关闭,。在量子世界中,事情的工作方式并不相同。量子叠加描述了量子粒子(例如电子,光子甚至原子)如何同时存在于多个不同的状态 - 。在观察之前,它不是状态之间的一半,而是两者的“叠加”。
在量子物理学中,粒子的状态为通过波描述方程式,它告诉我们粒子可能在哪里或其特性的概率。这种概率波可以在多个状态的混合物中存在。
Schrödinger的猫是什么?
是一个著名的思想实验,说明了叠加的工作原理。想象一下,盒子里的一只猫具有50/50杀死它的机制,具体取决于量子粒子是否放射性地衰减,自发地变成不同类型的原子并释放电子颗粒(如电子)。
直到有人打开盒子并观察它之前,猫被认为是活着和死亡的叠加。当您测量或观察系统(或者在Schrödinger的猫外观框中时)时,叠加置于一个确定的状态,并发现了猫的命运。
有关的:
量子叠加已经多次科学家。一个著名的例子是双缝实验,在有两个缝隙的屏障上发射光子,后面是AA屏幕,记录了颗粒降落的位置。如果您通过一个缝隙发送粒子,则在屏幕上会得到一个频段,但是如果两者都打开,则会在屏幕上获得带有多个带的波浪状干扰模式,这也证明了颗粒和波浪可以彼此行为。一次发送一个粒子,您希望每个粒子都会通过一个缝隙或另一个缝隙。但是,干扰模式仍然构成,好像每个粒子都在干扰自身。这意味着每个粒子都以某种方式一次通过两个缝隙,因此是两种可能性的叠加
如果您尝试测量粒子经过的缝隙,则叠加崩溃:粒子似乎确实通过了单个缝隙,并且干扰模式消失了,屏幕上只剩下两个频带。
此外,离子和较大的分子已被实验捕获在超塑性状态下,并且已经发现植物叶片中的叶绿素已被发现更有效地从太阳收获光。
为什么叠加在量子计算中如此重要?
量子叠加也被用作工具这是量子计算机如此强大的主要原因。
经典的二进制位只能一次处于一个状态:0或1。这些位是用晶体管编码的,通常由硅,锗或其他半导体制成。在存在三个位的情况下,它们可能具有8个不同状态:000、001、010、011、100、100、101、110和111。要处理所有可能性,经典计算机必须一次检查它们。
在量子计算机中,电子或光子等粒子充当(量子位)可以在0和1的叠加中叠加。三个量子位可以一次叠加所有8个可能的状态,这意味着量子计算机可以同时处理大量的计算。有三个量子位,量子计算机可以一次处理上面列出的所有八个状态。
与传统计算机相比,这种更大的处理能力可能意味着量子计算机有一天可以在药品,气候建模和制造中进行复杂的模拟。从理论上讲,量子计算机足够强大,可以在几秒钟内执行计算数百万年以完成。