КВАНТОва механіка В it

КВАНТОВА МЕХАНІКА ТА ЇЇ ВПЛИВ НА РОЗВИТОК СУЧАСНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ВСТУП

Даний матеріал з квантової механіки представлений керівником гуртка "WEB-MIDITAUR" Чернієвським Ю. В для використання у якості контенту при підготовці робіт учасників гуртка до участі у всеукраїнському конкурсі ITALENT. Даний матерiал, мiстить знання, якi є необхiдним елементом культури майбутнього фiзика.

Дослідники започаткували способи продемонструвати квантову заплутаність в механічних системах. Концепція одного експерименту цього художника зображує світлове поле інтерферометра, яке «несе» заплутаний стан. Права на зображення: Інститут нанонаук Кавлі, Делфтський технологічний університет / Моріц Форш.

Короткий оглядовий нарис

сторія свiдчить, що “божевiльнi iдеї” ґенеруються незалежно вiд того, чи є заборони авторитетiв на їх ґенерування, чи немає.

Вакарчук І.О. Квантова механіка - Стр 10

Справжня фізика – це така, яка коли-небудь спроможеться включити людство у когерентну картину світу.

П. Тейяр де Шарден

Квантова механiка є теорiєю атомних явищ, що вивчає закономiрностi мiкросвiту i встановлює закони руху елементарних частинок, атомних ядер, атомiв, молекул та їх сукупностей. Закони квантової механiки також дали змогу з’ясувати будову атомiв i атомних ядер, природу хiмiчного зв’язку, пояснити перiодичну систему елементiв; вони є основою для вивчення i макроскопiчних тiл як системи взаємодiючих частинок (метали, дiелектрики, напiвпровiдники, квантовi рiдини, плазма). Лише квантова механiка дала пояснення таким явищам, як феромагнетизм, надплиннiсть, надпровiднiсть. Вона теж є основою i при вивченнi на молекулярному рiвнi явищ у бiологiї.

Астрофiзика, яка вивчає будову й еволюцiю зiр i Всесвiту, сьогоднi не може обходитись без квантово-механiчного опису фiзичних процесiв, якi там вiдбуваються. Щобiльше, астрофiзичнi об’єкти є своєрiдною експериментальною ла- бораторiєю, у якiй “перевiряються” сучаснi гiпотези й теоретичнi розробки квантової теорiї. Останнiм часом з’явились “новi територiї”.

На перетинi квантової фiзики i математики виникли такi мiждисциплiнарнi науки, як теорiя квантових комп’ютерiв i квантова криптографiя, експериментально реалiзовано явище квантової телепортацiї. На сучасному рiвнi розвитку людського пiзнання квантова механiка значною мiрою визначає наш науковий свiтогляд i наше розумiння Природи.

Заплутаність - це неінтуїтивна ідея, що частинки можуть мати внутрішній зв’язок - зв’язок, який триває незалежно від відстані між ними. Явище залишається одним із найбільш химерних та найменш зрозумілих наслідків квантової механіки. Виміряйте квантові властивості однієї з пари заплутаних частинок, а інша миттєво змінюється.

Квантові комп'ютери

Квантовий стрибок

Квантовий стрибок - стрибкоподібний перехід квантової системи ( атома , молекули , атомного ядра ) з одного стану в інший, з одного енергетичного рівня на інший. При поглинанні системою енергії відбувається перехід на більш високий енергетичний рівень ( збудження ), при втраті системою енергії відбувається перехід на більш низький енергетичний рівень.

Поняття було введено Нільсом Бором .

Квантовий стрибок - явище, властиве саме квантовим системам і відрізняє їх від класичних систем, де будь-які переходи виконуються поступово. У квантовій механіці такі стрибки пов'язані з неунітарні еволюцією квантовомеханічною системи в процесі вимірювання .

Квантовий стрибок може супроводжуватися випусканням або поглинанням фотонів ; передача енергії при квантовому стрибку може також відбуватися шляхом безвипромінювального резонансного переносу енергії або при зіткненнях з іншими частками.

У сучасній фізиці поняття квантового стрибка використовується рідко, як правило говорять про переходах між квантовими станами або енергетичними рівнями .

(Зображення: M Vögtli)

Суперпозиція

Квантова суперпозиція є одним з основних принципів квантової механіки, згідно з яким частки на квантовому рівні поводяться непередбачувано і знаходяться у двох станах одночасно до того моменту, поки ми не виміряємо одну з них.

Суть квантовомеханiчного принципу суперпозицiї полягає в тому, що квантова система з можливих станiв обирає не “той або той” стан, а всi зразу, тобто “i той, i той”. Така квантовомеханiчна логiка “i–i” радикально вiдмiнна вiд класичної арiстотелiвської логiки “або–або”.

Завдання квантової механiки, як i кожної науки, полягає в тому, щоб за результатами одних вимiрювань передбачити результати iнших вимiрювань. Таке передбачення, що здiйснюється на пiдставi спецiально поставлених попереднiх дослiджень, є голов-

ною ознакою науки як такої i може бути покладене в основу її означення.

ЛОНДОН, 23 червня 2010 р. - Дивовижна здатність електрона існувати одночасно у двох місцях вперше контролюється у найпоширенішому електронному матеріалі - кремнії. Дослідження Університету Суррея, Університетського коледжу Лондона, Університету Геріот-Ватта в Единбурзі та Інституту фізики плазми FOM поблизу Утрехта свідчать про значний крок на шляху створення доступного "квантового комп'ютера".

Рух електронів в кремнії. Електрон обертається навколо атома фосфору, вбудованого в кремнієву решітку, показану сріблом. Непорушений розподіл електронної густини, розрахований за квантово-механічними рівняннями руху, позначений жовтим кольором. Лазерний імпульс може змінити стан електрона таким чином, щоб він мав розподіл щільності, показаний зеленим кольором. Наш перший лазерний імпульс, що надходить зліва, переводить електрон у суперпозицію обох станів, який ми контролюємо другим імпульсом, також зліва, для отримання імпульсу, який ми виявляємо, з’являється праворуч. Характеристики цього імпульсу «відлуння» говорять нам про суперпозицію, яку ми зробили. (Зображення: M Vögtli)

"Це справжній прорив для сучасної електроніки і має величезний потенціал на майбутнє", - пояснив Бен Мурдін, професор та керівник групи фотоніки в Університеті Суррея. "Лазери мали дедалі більший вплив на технології, особливо для передачі обробленої інформації між комп'ютерами, і цей розвиток ілюструє їх потенційну потужність для обробки інформації всередині самого комп'ютера. У нашому випадку ми використовували інфрачервоний, дуже короткий, високий Імпульс інтенсивності від голландського лазера Фелікса, щоб перевести електрон, що обертається в межах кремнію, у два стани одночасно - так званий стан квантової суперпозиції. -визначений час після створення суперпозиції. Сплеск світла називається фотонним відлунням; і його спостереження довело, що ми повністю контролюємо квантовий стан атомів ".

І розвиток кремнієвого `` квантового комп'ютера '' може бути лише за горизонтом. "Квантові комп'ютери можуть вирішувати деякі проблеми набагато ефективніше, ніж звичайні комп'ютери, - і вони будуть особливо корисні для безпеки, оскільки вони можуть швидко зламати існуючі коди і створювати незламні коди", - продовжив професор Мурдін. "Наступне покоління пристроїв повинно використовувати ці суперпозиції для виконання квантових обчислень. Найважливіше, що наша робота показує, що частина квантової інженерії, вже продемонстрована атомними фізиками в дуже складних приладах, званих пастками холодних атомів, може бути реалізована у вигляді кремнієвого чіпа використовується для виготовлення набагато більш поширеного транзистора ".

Професор Габріель Епплі, директор Лондонського центру нанотехнологій, додав, що висновки мають велике значення для наукових кіл та бізнесу. "Поряд із залізом та льодом кремній є найважливішим неорганічним кристалічним твердим тілом завдяки нашій надзвичайній здатності контролювати електропровідність за допомогою хімічних та електричних засобів", - пояснив він. "Наша робота додає управління квантовими суперпозиціями до кремнієвого інструментарію".

Джерело:Електронна суперпозиція, керована кремнієм

David Manthey's free Orbital Viewer |Date=2002 |Author=Ulrich Mohrhoff

Стацiонарнi стани

Стани, у яких енерґiя має певнi значення, називають стацiонарними станами. Як уже вказувалось, якщо на систему не дiють зовнiшнi сили, то дiє закон збереження енерґiї. Якщо частинка рухається в обмеженiй дiлянцi простору (фiнiтний рух), то її рiвнi енерґiї дискретнi, вони квантуються, але якщо частинка рухається в необмеженiй дiлянцi (iнфiнiтний рух), то енерґетичний спектр є неперервним.


Стацiонарним станом, фактично є лише основний стан атомної системи, решта - квазiстацiонарнi.

У збудженому станi атом перебуває лише деякий час, а згодом вiн спонтанно переходить на нижнiй рiвень, випромiнюючи кванти енерґiї.

спін

Рухаючись навколо ядра, електрон ще й обертається навколо своєї осі. Цей рух називається «спін». Спін електрона Спін – це рух електрона навколо власної осі. Якщо 2 електрони мають однакові напрямки обертання, то говорять, що це електрони з паралельними спінами, а якщо напрямки обертання у них протилежні, тобто, один обертається за годинниковою стрілкою, а інший – проти, то це електрони з антипаралельними спінами. Орбіталі зображують квадратиком, а електрон у ній – стрілкою. На одній орбіталі може перебувати лише 2 електрона, які мають протилежні спіни. неспарений електрон спарені електрони з антипаралельними спінами"