„Schrödinger macskája” változatai közötti eltérés
[nem ellenőrzött változat] | [nem ellenőrzött változat] |
→A kvantum-szuperpozíció határai: A hetvenes években |
|||
24. sor: | 24. sor: | ||
== A kvantum-szuperpozíció határai == |
== A kvantum-szuperpozíció határai == |
||
Ahogy Schrödinger gondolatkísérlete is mutatja, a hétköznapok során nem találkozunk egymással keveredő állapotokkal (bármelyik laboratóriumi macskáról egyértelműen megállapítható, hogy él-e, vagy sem), ezért feltételezhető, hogy a szuperpozíció csak az elemi részecskékre jellemző, és bizonyos határokon túl nem fordulhat elő. A fizikusok régóta töprengenek azon, vajon hol húzódik az a határ, ahol a kvantum-szuperpozíció mindenképpen összeroppan, azaz az egymással keveredő állapotok dekoherenssé válnak. Ez az állapotváltozás egyúttal meghatározza a mikro- (a kvantumfizika törvényei által irányított) és a makro- (klasszikus fizika törvényei érvényesülnek) világ közötti határvonalat. E területen egymástól függetlenül két magyar csoport is végzett kutatásokat. A hetvenes években Károlyházy. |
Ahogy Schrödinger gondolatkísérlete is mutatja, a hétköznapok során nem találkozunk egymással keveredő állapotokkal (bármelyik laboratóriumi macskáról egyértelműen megállapítható, hogy él-e, vagy sem), ezért feltételezhető, hogy a szuperpozíció csak az elemi részecskékre jellemző, és bizonyos határokon túl nem fordulhat elő. A fizikusok régóta töprengenek azon, vajon hol húzódik az a határ, ahol a kvantum-szuperpozíció mindenképpen összeroppan, azaz az egymással keveredő állapotok dekoherenssé válnak. Ez az állapotváltozás egyúttal meghatározza a mikro- (a kvantumfizika törvényei által irányított) és a makro- (klasszikus fizika törvényei érvényesülnek) világ közötti határvonalat. E területen egymástól függetlenül két magyar csoport is végzett kutatásokat. A hetvenes években Károlyházy, a nyolcvanas években Diósi vezetésével. |
||
=== Az NIST 1996-os kísérlete === |
=== Az NIST 1996-os kísérlete === |
A lap 2013. augusztus 24., 14:18-kori változata
A Schrödinger macskája egy gondolatkísérlet, amely Erwin Schrödinger Nobel-díjas osztrák fizikus nevéhez fűződik. A tudós ezzel a kísérlettel kívánta szemléltetni a mikrovilágban uralkodó törvények hétköznapi szemlélet számára meghökkentő idegenszerűségét, azt, hogy a részecskék egyidejűleg több helyen, különféle állapotokban lehetnek. A gondolatkísérlet arra az abszurditásra mutat rá, hogy a macska élő vagy holt állapota attól függ, hogy megfigyeli-e valaki ezt az állapotot.
A probléma gyökere: a szuperpozíció elve
A kvantummechanikában szuperpozíciónak nevezik, amikor egy elemi részecske (vagy részecskékből álló rendszer) ún. kevert állapotban van, azaz bizonyos tulajdonságait nem tudjuk egyértelműen. A részecske addig marad ebben, amíg valamilyen módon meg nem állapítjuk, hogy valójában hol és milyen állapotban van. A probléma ott kezdődik, hogy mérés (megfigyelés) hatására a részecske hullámfüggvénye összeomlik, és a részecske a lehetséges alap- vagy saját-állapotai egyikébe kerül, legalábbis minden általunk elvégezhető mérés azt mutatja, hogy a részecske egy bizonyos állapotban van.
Fontos megjegyezni, hogy a szuperpozíció (akár a hullámfüggvény) csakis abban az esetben omlik össze, ha mérést végzünk a rendszeren (vagy a rendszert valami külső hatás éri). A mérés eredményének ismerete azonban kényszerűen valamelyik állapotba taszítja az anyagot, ami Schrödingernél döglött vagy élő macskát eredményez, de sosem egyszerre a kettőt.
- Lásd még: Hullám-részecske kettősség
A kísérlet leírása
Schrödinger, hogy a kvantumelmélet egyik abszurditását szemléltesse, egy képzeletbeli macskát egy zárt dobozba helyezett, amibe kívülről nem lehetett belelátni. A macska egy puskacsővel szemben van elhelyezve. A puska ravasza egy Geiger-Müller számlálóhoz van csatlakoztatva. A dobozban van egy darab radioaktív urán (de nem akkora, hogy az megölje a macskát). Az urán magja instabil és véletlenszerű időpontban sugárzást bocsát ki, amit észlel a Geiger-Müller számláló, ami meghúzza a puska ravaszát, a puska elsül és a macska meghal. Hogy eldöntsük, a macska él-e vagy meghal, ki kell nyitni a dobozt.
A fogós kérdés azonban az, hogy milyen állapotban van a macska a doboz kinyitása előtt? A kvantumelmélet szerint a macska hullámfüggvénye egy élő és egy halott macska hullámfüggvényét egyszerre tartalmazza. Schrödinger számára az az elképzelés, hogy a macska egyszerre élő és holt is, abszurd elképzelés volt, amit nem tudott elfogadni.
A kvantummechanika kísérletileg mégis ezt az eredményt erősíti meg.
A kísérlet értelmezése
A kísérletnek legalább három eltérő értelmezése létezik.
1. Feltételezhetjük isten létezését. Mivel minden megfigyeléshez kell egy megfigyelő, kell lennie valamilyen „tudatosságnak” az Univerzumban. Wigner Jenő fizikus úgy gondolta, hogy maga a kvantumelmélet egyenesen bizonyíték isten létére.
2. A legtöbb gyakorló fizikus nem vesz tudomást róla. Néhányuk rámutat, hogy egy kamera mindenféle tudatosság nélkül rögzítheti a macska állapotát.
3. A sokvilág-elmélet szerint minden kvantumvilág létezik és ezek útelágazáshoz hasonlóan kapcsolódnak egymáshoz. Az egyik ilyen világban a puska elsült és a macska meghalt, míg egy másikban ez nem történt meg és a macska életben maradt.
A kvantum-szuperpozíció határai
Ahogy Schrödinger gondolatkísérlete is mutatja, a hétköznapok során nem találkozunk egymással keveredő állapotokkal (bármelyik laboratóriumi macskáról egyértelműen megállapítható, hogy él-e, vagy sem), ezért feltételezhető, hogy a szuperpozíció csak az elemi részecskékre jellemző, és bizonyos határokon túl nem fordulhat elő. A fizikusok régóta töprengenek azon, vajon hol húzódik az a határ, ahol a kvantum-szuperpozíció mindenképpen összeroppan, azaz az egymással keveredő állapotok dekoherenssé válnak. Ez az állapotváltozás egyúttal meghatározza a mikro- (a kvantumfizika törvényei által irányított) és a makro- (klasszikus fizika törvényei érvényesülnek) világ közötti határvonalat. E területen egymástól függetlenül két magyar csoport is végzett kutatásokat. A hetvenes években Károlyházy, a nyolcvanas években Diósi vezetésével.
Az NIST 1996-os kísérlete
A coloradói Boulderben lévő Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) kutatói 1996-ban sikeres kísérleteket folytattak a kvantum-szuperpozíció összeroppanásának vizsgálatára.[1]
A kísérletben a kutatók berilliumionokat (egyik külső elektronjuktól megfosztott berilliumatomokat) különítettek el és tartottak elektromágneses csapdában az abszolút nulla fokhoz közeli hőmérsékleten, külső energia- és sugárzási forrásoktól elszigetelten. Így a csaknem mozdulatlan (hőmozgásában is korlátozott) ionnak csupán két lehetséges kvantumállapota van: a legkülső pályán maradt egyetlen elektron mágneses momentuma felfelé vagy lefelé mutathat. A kvantumfizika törvényei szerint mindaddig, amíg az elektront valamilyen módon meg nem zavarjuk, az ion e két állapot fele-fele arányú keverékében, koherens szuperpozíciójában van.
A dekoherencia kialakulásához szükséges idő érzékenyen függ a rendszer méretétől. A NIST kutatói a mostani kísérletben a berilliumion szuperpozíciójának két, térbelileg eleinte csaknem teljesen átfedő összetevőjét külső elektromágneses tér alkalmazásával fokozatosan eltávolították egymástól, egészen az atomi átmérő tízszereséig növelve a köztük lévő távolságot.
„Megfigyeltük, hogy a távolság növelésével párhuzamosan, a külső környezeti tényezők változásának hatására a szuperpozíció koherenciája exponenciális ütemben csökkent, mígnem összeroppant, és az ion az egyik lehetséges állapotba került.” – mondta David J. Wineland, a kutatócsoport egyik tagja.
A NIST kutatói így a világon elsőként, módszeresen, lépésről lépésre haladva szelték át azt a határt, amely a kvantumfizika világát makrovilágunktól elválasztja. Sőt, egy különleges trükkel sikerült a folyamatot megfordítaniuk is, azaz a határt ellenkező irányból átlépve a koherens szuperpozíciót visszaállítaniuk.
Lehetséges gyakorlati alkalmazás: kvantumszámítógépek
Ezt a szakaszt át kellene olvasni, ellenőrizni a szövegét, tartalmát. További részleteket a cikk vitalapján találhatsz. |
A kvantumszámítógépek azon az elven alapulnak, hogy míg egy hagyományos számítógép bináris számrendszerben, csak 1, illetve 0 bitekkel képes dolgozni, addig egy kvantumbit (qubit) egyfajta szuperpozicionált állapotban egyszerre is felveheti ezeket.
Ahogy a qubitek száma nő, úgy növekszik a különböző állapotok száma, amelyeket megtestesíthetnek az összekapcsolt kvantum bitek. Két qubit 4 különböző állapot tárolására képes egyidejűleg, amelyeket szimultán fel lehet dolgozni, míg három qubit már 8-ra, és így tovább, exponenciálisan növekvően. Így egy gép, amely csak 10 qubitet tartalmaz, már 1024 műveletre képes szimultán, mintha egy hatalmas párhuzamosan feldolgozó egység lenne. Egy 40-qubites 1 billió műveletre, sőt, egy 100-qubites rendszer már szinte elképzelhetetlenül nagy mennyiségű egyidejű művelet végrehajtására képes.[2]