החלק הדמיוני של מכניקת הקוונטים באמת קיים

נהוג היה להאמין בכך מספרים מסובכיםכלומר אלה המכילים רכיב מספר דמיוני ו (אני בריבוע תוצאות במינוס אחד) הם רק טריק מתמטי. עם זאת, צוות מדענים פולני-סין-קנדי הוכיח כי החלק המדומה של מכניקה קוואנטית ניתן לראות בפעולה בעולם האמיתי - מדווח המרכז לטכנולוגיות חדשות באוניברסיטת ורשה.

התפיסות האינטואיטיביות שלנו ביחס למספרים לתאר את העולם הפיזי דורשות שינוי משמעותי. עד כה נראה שרק מספרים אמיתיים קשורים לכמויות פיזיקליות מדידות. עם זאת, זה הצליח מצבים קוונטיים של פוטונים מסובכים למצוא שלא ניתן להבחין בלי לנקוט במספרים מורכבים. בנוסף, החוקרים ערכו ניסוי שקבע את משמעות המספרים המורכבים עבור ה- מכניקה קוואנטית אישר

מקור תמונה: Pixabay

המחקר בוצע על ידי הצוות של דר. אלכסנדר סטרלצוב מהמרכז לטכנולוגיות קוונטיות קוונטיות (QOT) באוניברסיטת ורשה בהשתתפות מדענים מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין (USTC) בהפי ואוניברסיטת קלגרי (UCalgary). מאמרים המתארים את התיאוריה והמדידות נמצאים ב מכתבי סקירה פיזית und סקירה גופנית א הופיע.

בפיזיקה, מספרים מורכבים נחשבו בעלי אופי מתמטי בלבד. למרות שהם ממלאים תפקיד מהותי במשוואות של מכניקה קוואנטית לשחק, פשוט התייחסו אליהם כאל כלי, דבר שהקל על חישובי הפיזיקאים. הוכחנו באופן תיאורטי וניסיוני שיש מצבים קוונטיים שם שרק בהשתתפות הכרחית של מספרים מסובכים ניתן להבדיל ", אומר ד"ר סטרלצוב.
מספרים מורכבים מורכבים משני מרכיבים, אמיתיים ודמיוניים. הם מהצורה a + bi, כאשר a ו- b אמיתיים. הרכיב הדו אחראי לתכונות הספציפיות של המספרים המורכבים. את תפקיד המפתח ממלא המספר הדמיוני i. המספר i הוא השורש הריבועי -1 (כך שאם היינו בריבוע היינו מקבלים מינוס אחד).

בעולם הפיזי קשה לדמיין משהו שיכול להיות קשור ישירות למספר i. על השולחן יכולים להיות 2 או 3 תפוחים, זה נורמלי. אם ניקח תפוח, נוכל לדבר על פגם פיזי ולתאר אותו לפי המספר השלם השלילי -1. אנו יכולים לחתוך את התפוח לשניים או שלושה חלקים וכך לקבל מקבילות פיזיות של המספרים המדידים 1/2 או 1/3. אם השולחן היה ריבוע מושלם, השורש הריבועי האלכסוני שלו (הבלתי ניתן למדידה) של המספר 2 היה ארוך יותר מהצד שלו. יחד עם זאת, למרות הכוונות הכנות ביותר, אי אפשר לשים תפוחים במספר i על השולחן.

הקריירה המפתיעה של מספרים מורכבים בפיזיקה קשורה לעובדה שבעזרתם כל מיני רטט ניתן לתאר בצורה הרבה יותר נוחה מאשר עם הפונקציות הטריגונומטריות הנפוצות. החישובים מתבצעים אפוא במספרים מרוכבים ובסופו של דבר נלקחים בחשבון רק המספרים האמיתיים המופיעים בהם.

בהשוואה לתיאוריות פיזיקליות אחרות, מכניקה קוואנטית משהו מיוחד מכיוון שהוא צריך לתאר עצמים שיכולים להתנהג כחלקיקים בתנאים מסוימים וכגלים מתחת לאחרים. המשוואה הבסיסית של תיאוריה זו, המקובלת בתור פוסטולאט, היא משוואת שרדינגר. הוא מתאר את השינויים לאורך זמן של פונקציה מסוימת, מה שנקרא פונקציית הגל, אשר קשורה ל- חלוקת הסתברויותלמצוא את המערכת במצב כזה או אחר קשורה. בתוך ה משוואת שרדינגר עם זאת, יש מספר דמיוני מפורש i ממש ליד פונקציית הגל.
במשך עשרות שנים התנהל ויכוח אם להיות עקבי ומלא מכניקה קוואנטית ניתן ליצור עם מספרים אמיתיים בלבד. לכן החלטנו מצבים קוונטיים שניתן להבחין ביניהם רק עם מספרים מורכבים. הרגע המכריע היה ניסוי שבו יצרנו את המדינות הללו ובדקנו פיזית אם ניתן להבחין ביניהן או לא, "אומר ד"ר סטרלצוב, שמחקרו מומן על ידי קרן המדע הפולנית.

הניסוי ששיחק את התפקיד של מספרים מורכבים במכניקת הקוונטים מאומת, ניתן לייצג בצורה של משחק בין אליס לבוב בהשתתפות מאסטר המשחק. באמצעות מכשיר עם לייזרים וקריסטלים, מאסטר המשחק קושר שני פוטונים לאחד משניים מצבים קוונטייםשהבחנתם מחייבת בהכרח שימוש במספרים מורכבים. לאחר מכן הוא שולח א פוטון לאליס והשני לבוב. כל אחד מהם מודד את הפוטון שלהם ואז מתקשר עם השני כדי לקבוע את המתאמים הקיימים.

נניח שהמדידות של אליס ובוב יכולות לקחת רק את הערכים 0 או 1. אליס רואה רצף חסר משמעות של אפסים, כמו בוב. עם זאת, כאשר הם מתקשרים, הם יכולים ליצור קשרים בין המידות המתאימות. אם ה- GM שלח לך מצב מתואם, אם אחד יראה את התוצאה 0, גם השני. אם יש לך אחד כזה מצב אנטי מתואם שהתקבלה, אליס מודדת 0, עבור בוב זה יהיה 1. בהסכמה הדדית, אליס ובוב יכלו להבחין בין המדינות שלנו, אך רק אם שלהן טבע קוונטי מורכב מיסודו, אומר ד"ר סטרלצוב.
לתיאור התיאורטי נהגה גישה הנקראת תורת המשאבים הקוונטיים ידוע. הניסוי עצמו עם בידול מקומי מהסתבכות מצבי שני פוטונים בוצעה במעבדה בהפי בטכניקות אופטיקה לינארית. מצבי הקוונטים שהוכנו על ידי החוקרים התבררו כמובחנים, מה שמוכיח שמספרים מורכבים הם חלק בלתי נפרד ובלתי מובחן ממכניקת הקוונטים.
ההישג של צוות המחקר הפולני-סין-קנדי הוא מהותי, אך כה עמוק עד כי ניתן למצוא אותו בחדש טכנולוגיות קוונטיות יכול להפיל. בפרט, חקר תפקידם של מספרים מורכבים ב מכניקה קוואנטית יכול לעזור להפחית את מקורות היעילות מחשבים קוונטיים כדי להבין טוב יותר באופן איכותי מכונות חישוב חדשות שיכולות לפתור בעיות מסוימות במהירויות שאינן ניתנות להשגה עבור מחשבים קלאסיים, על פי ההודעה.

הדפסה