Partea imaginară a mecanicii cuantice există într-adevăr

Se credea în mod obișnuit că numere complexe, adică cele care conțin o componentă numerică imaginară și (i rezultatele pătrate în minus una) sunt doar un truc matematic. Cu toate acestea, o echipă de oameni de știință polono-sino-canadieni a dovedit că partea imaginară a Mecanica cuantică poate fi văzut în acțiune în lumea reală - raportează Centrul pentru Noi Tehnologii de la Universitatea din Varșovia.

Ideile noastre intuitive despre capacitatea numerelor de a descrie lumea fizică necesită o revizuire semnificativă. Până acum se părea că numai numerele reale erau asociate cu mărimi fizice măsurabile. Cu toate acestea, a reușit Stări cuantice de fotoni încurcați să constatăm că nu se poate distinge fără a apela la numere complexe. În plus, cercetătorii au efectuat un experiment care a determinat semnificația numerelor complexe pentru Mecanica cuantică aprobat

Sursa imaginii: Pixabay

Cercetarea a fost realizată de echipa Dr. Alexander Streltsov de la Centrul pentru Tehnologii Optice Cuantice (QOT) de la Universitatea din Varșovia, cu participarea oamenilor de știință de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC) din Hefei și Universitatea din Calgary (UCalgary). Articolele care descriu teoria și măsurătorile se află în Scrisori de recenzie fizică și Revizuirea fizică A publicat.

În fizică, numerele complexe erau considerate a fi de natură pur matematică. Deși joacă un rol fundamental în ecuațiile Mecanica cuantică joc, au fost doar tratați ca un instrument, ceea ce face calculele fizicilor mai ușoare. Am demonstrat teoretic și experimental că există Stări cuantice acolo că numai sub participarea indispensabilă a numere complexe poate fi diferențiat ", comentează dr. Strelțov.
Numerele compuse sunt alcătuite din două componente, reale și imaginare. Sunt de forma a + bi, unde a și b sunt reale. Bi-componenta este responsabilă pentru proprietățile specifice numerelor complexe. Rolul cheie îl are numărul imaginar i. Numărul i este rădăcina pătrată a -1 (deci, dacă ar fi pătrat, am obține minus una).

În lumea fizică, este dificil să ne imaginăm ceva care ar putea fi direct legat de numărul i. Pot fi 2 sau 3 mere pe masă, acest lucru este normal. Dacă luăm un măr, putem vorbi despre un defect fizic și îl putem descrie prin întregul negativ -1. Putem tăia mărul în două sau trei părți și astfel să obținem echivalenți fizici ai numerelor măsurabile 1/2 sau 1/3. Dacă masa ar fi un pătrat perfect, rădăcina pătrată diagonală (incomensurabilă) a numărului 2 ar fi mai lungă decât latura sa. În același timp, în ciuda celor mai sincere intenții, este imposibil să pui mere în numărul i de pe masă.

Cariera surprinzătoare a numerelor complexe în fizică este legată de faptul că, cu ajutorul lor, tot felul de Vibrații Poate fi descris mult mai convenabil decât cu funcțiile trigonometrice comune. Calculele sunt, prin urmare, efectuate cu numere compuse și, în final, sunt luate în considerare doar numerele reale care apar în ele.

Comparativ cu alte teorii fizice, Mecanica cuantică ceva special deoarece trebuie să descrie obiecte care se pot comporta ca particule în anumite condiții și ca unde sub altele. Ecuația de bază a acestei teorii, care este acceptată ca postulat, este ecuația Schrödinger. Descrie modificările în timp ale unei anumite funcții, așa-numita funcție de undă, care este asociată cu Distribuția probabilitățiipentru a găsi sistemul în această sau acea stare este legat. În Ecuația Schrödinger totuși, există un număr imaginar explicit i chiar lângă funcția de undă.
De zeci de ani s-a dezbătut dacă trebuie sau nu să fie consecvenți și complete Mecanica cuantică poate fi generat numai cu numere reale. De aceea am decis Stări cuantice care se pot distinge unul de altul numai cu numere complexe. Momentul crucial a fost un experiment în care am creat aceste stări și am verificat fizic dacă acestea se disting sau nu ", spune dr. Streltsov, a cărui cercetare a fost finanțată de Fundația științifică poloneză.

Experimentul care a jucat rolul numere complexe în mecanica cuantică verificat, poate fi reprezentat sub forma unui joc între Alice și Bob cu participarea maestrului jocului. Folosind un dispozitiv cu lasere și cristale, maestrul jocului leagă doi fotoni într-unul din doi Stări cuanticea căror distincție necesită în mod necesar utilizarea numerelor complexe. Apoi trimite un Foton la Alice și la celălalt la Bob. Fiecare își măsoară fotonul și apoi comunică cu celălalt pentru a determina corelațiile existente.

Să presupunem că măsurătorile lui Alice și Bob pot lua doar valorile 0 sau 1. Alice vede o secvență lipsită de sens de zerouri și unii, ca Bob. Cu toate acestea, atunci când comunică, pot face conexiuni între măsurătorile corespunzătoare. Dacă maestrul jocului ți-a trimis o stare corelată, dacă unul vede rezultatul 0, celălalt o va vedea și el. Daca ai una stare anticorelată primit, Alice măsoară 0, pentru Bob va fi 1. Cu consimțământul reciproc, Alice și Bob puteau distinge statele noastre, dar numai dacă ale lor Natura cuantică este fundamental complex, spune Dr. Strelțov.
Pentru descrierea teoretică, a fost utilizată o abordare care se numește Teoria resurselor cuantice este cunoscut. Experimentul în sine cu diferențiere locală de încurcat Stări cu doi fotoni a fost efectuat într-un laborator din Hefei folosind tehnici de optică liniară. Stările cuantice pregătite de cercetători s-au dovedit a fi distincte, ceea ce dovedește că numerele complexe sunt o parte integrantă, nedistinguibilă a mecanicii cuantice.
Realizarea echipei de cercetare polono-sino-canadiene este fundamentală, dar atât de profundă încât poate fi tradusă în nou Tehnologii cuantice ar putea doborî. În special, explorarea rolului numerelor complexe în Mecanica cuantică poate ajuta la creșterea surselor de eficiență Calculatoare cuantice Pentru a înțelege mai bine calitativ noile mașini de calcul care pot rezolva anumite probleme la viteze care nu pot fi atinse pentru computerele clasice, conform anunțului.