Квантовая информация: вычисление битов через кубиты. Перспективы развития квантовых компьютеров. ИВВ
Она радикально отличается от классической механики, которая хорошо описывает макроскопические объекты.
Основные принципы квантовой механики:
1. Принцип суперпозиции: Квантовые объекты, такие как атомы или фотоны, могут находиться в суперпозиции нескольких состояний одновременно до момента измерения.
2. Принцип неопределенности Гейзенберга: Невозможно одновременно точно измерить определенные пары наблюдаемых величин, таких как положение и импульс частицы.
3. Квантование: Некоторые физические величины, такие как энергия атомов, могут принимать только дискретные значения, а не любые произвольные значения.
4. Корпускулярно-волновой дуализм: Квантовые объекты могут проявлять как волновые, так и корпускулярные (частичные) свойства в зависимости от эксперимента.
5. Вероятностная интерпретация: Квантовая механика основана на вероятностной интерпретации, когда можно рассчитать только вероятности различных исходов измерений.
Математический аппарат квантовой механики включает волновые функции, операторы и матрицы для описания квантовых состояний и их эволюции. Важными понятиями являются спин, запутанность и другие квантовые эффекты, не имеющие классических аналогов.
Квантовая механика имеет многочисленные экспериментальные подтверждения и лежит в основе понимания атомной структуры, свойств твердых тел, химических связей и многих других физических явлений.
Понятие суперпозиции и измерений
Суперпозиция и измерения – два фундаментальных принципа квантовой механики.
Объяснение:
Суперпозиция
В квантовой механике объект может находиться в линейной комбинации или суперпозиции двух или более возможных состояний одновременно до тех пор, пока не произойдет измерение. Это означает, что квантовая частица существует не в одном определенном состоянии, а в наложении или «суперпозиции» нескольких возможных состояний.
Математически суперпозицию описывает волновая функция, которая представляет собой линейную комбинацию возможных состояний частицы с определенными вероятностными амплитудами.
Измерение
Когда происходит измерение квантовой системы, суперпозиция «схлопывается» или редуцируется к одному конкретному состоянию в соответствии с вероятностями, заданными волновой функцией. Иными словами, акт измерения заставляет систему «выбрать» одно определенное состояние.
Результаты измерения имеют вероятностный характер – мы можем рассчитать вероятности получения различных результатов измерения, но не можем с уверенностью предсказать конкретный исход до выполнения измерения.
Примером может служить поляризация фотона – до измерения фотон находится в суперпозиции вертикальной и горизонтальной поляризации. Но когда мы измеряем поляризацию, суперпозиция «схлопывается», и мы получаем либо вертикальную, либо