Skocz do zawartości
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Urojona część mechaniki kwantowej naprawdę istnieje

Rekomendowane odpowiedzi

Zwykle przyjmowano, że liczby zespolone, czyli zawierające składnik z liczbą urojoną i (i do kwadratu daje minus jeden) są wyłącznie matematycznym trikiem. Polsko-chińsko-kanadyjski zespół naukowców udowodnił jednak, że urojoną część mechaniki kwantowej można zaobserwować w akcji w rzeczywistym świecie – informuje Centrum Nowych Technologii UW.

Nasze intuicyjne wyobrażenia dotyczące zdolności liczb do opisu świata fizycznego wymagają istotnego przebudowania. Do tej pory wydawało się, że związek z mierzalnymi wielkościami fizycznymi mają wyłącznie liczby rzeczywiste. Jednak udało się znaleźć stany kwantowe splątanych fotonów, których nie da się rozróżnić bez sięgania po liczby zespolone. Co więcej, badacze przeprowadzili także eksperyment potwierdzający znaczenie liczb zespolonych dla mechaniki kwantowej

Badania prowadził zespół dr. Alexandra Streltsova z Centrum Optycznych Technologii Kwantowych Uniwersytetu Warszawskiego (QOT) z udziałem naukowców z University of Science and Technology of China (USTC) w Hefei i University of Calgary (UCalgary). . Artykuły opisujące teorię i pomiary ukazały się w czasopismach Physical Review Letters i Physical Review A.

W fizyce liczby zespolone uważano za twory o czysto matematycznej naturze. Co prawda w równaniach mechaniki kwantowej pełnią rolę wręcz podstawową, traktowano je jednak po prostu jako narzędzie, coś, co fizykom ułatwia rachunki. My na drodze teoretycznej i doświadczalnej dowiedliśmy, że są takie stany kwantowe, które można rozróżnić wyłącznie wtedy, gdy obliczenia prowadzi się z nieodzownym udziałem liczb zespolonych – komentuje dr Streltsov.

Liczby zespolone są zbudowane z dwóch składników, rzeczywistego oraz urojonego. Mają postać a + bi, gdzie liczby a oraz b są rzeczywiste. Za specyficzne cechy liczb zespolonych odpowiada składnik bi. Kluczową rolę odkrywa tu liczba urojona i. Liczba i to pierwiastek kwadratowy z -1 (a więc gdyby podnieść ją do kwadratu, uzyskamy minus jeden).

W fizycznym świecie trudno wyobrazić sobie coś, co można byłoby bezpośrednio związać z liczbą i. Na stole mogą leżeć 2 czy 3 jabłka, jest to naturalne. Gdy jedno jabłko zabierzemy, możemy mówić o fizycznym braku i opisać go ujemną liczbą całkowitą -1. Jabłko możemy przekroić na dwie czy trzy części, otrzymując fizyczne odpowiedniki liczb wymiernych 1/2 czy 1/3. Gdyby stół był idealnym kwadratem, jego przekątna byłaby (niewymierny) pierwiastek kwadratowy z liczby 2 dłuższa od boku. Jednocześnie mimo najszczerszych chęci nie da się na stole położyć jabłek w liczbie i.

Zaskakująca kariera liczb zespolonych w fizyce ma związek z faktem, że wszelkiego typu oscylacje dają się opisać za ich pomocą znacznie wygodniej niż z użyciem popularnych funkcji trygonometrycznych. Obliczenia prowadzi się więc z liczbami zespolonymi, po czym na koniec bierze się pod uwagę tylko występujące w nich liczby rzeczywiste.

Na tle innych teorii fizycznych mechanika kwantowa jest szczególna, ponieważ musi opisywać obiekty, które w jednych warunkach potrafią się zachowywać jak cząstki, w innych jak fale. Podstawowe równanie tej teorii, przyjmowane jako postulat, to równanie Schrödingera. Opisuje ono zmiany w czasie pewnej funkcji, nazywanej funkcją falową, która ma związek z rozkładem prawdopodobieństwa znalezienia układu w takim a nie innym stanie. Jednak tuż obok funkcji falowej w równaniu Schrödingera jawnie występuje liczba urojona i.

Od dekad trwała debata, czy za pomocą samych liczb rzeczywistych można stworzyć spójną i kompletną mechanikę kwantową. Postanowiliśmy zatem znaleźć stany kwantowe, które można byłoby od siebie rozróżnić tylko z użyciem liczb zespolonych. Rozstrzygającym momentem było doświadczenie, gdzie wytworzyliśmy te stany i fizycznie sprawdziliśmy, czy są one rozróżnialne, czy też nie – mówi dr Streltsov, którego badania były finansowane przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.

Eksperyment weryfikujący rolę liczb zespolonych w mechanice kwantowej można przedstawić w formie gry Alicji i Boba z udziałem prowadzącego rozgrywkę mistrza. Za pomocą urządzenia z laserami i kryształami mistrz gry wiąże dwa fotony w jeden z dwóch stanów kwantowych, których rozróżnienie bezwzględnie wymaga użycia liczb zespolonych. Następnie jeden foton wysyła do Alicji, a drugi do Boba. Każde z nich dokonuje pomiaru swojego fotonu, po czym komunikuje się z drugim w celu ustalenia istniejących korelacji.

Przypuśćmy, że wyniki pomiarów Alicji i Boba mogą przyjmować wyłącznie wartości 0 albo 1. Alicja widzi bezsensowny ciąg zer i jedynek, Bob podobnie. Jeśli jednak się skomunikują, mogą ustalić powiązania między odpowiednimi pomiarami. Jeśli mistrz gry wysłał im stan skorelowany, gdy jedno zobaczy wynik 0, drugie również. Jeśli otrzymali stan antyskorelowany, gdy Alicja zmierzy 0, u Boba będzie 1. Dzięki wzajemnym uzgodnieniom Alicja i Bob mogliby rozróżnić nasze stany, ale tylko w sytuacji, gdyby ich kwantowa natura miała charakter fundamentalnie zespolony – mówi dr Streltsov.

Do opisu teoretycznego wykorzystano podejście znane jako teoria zasobów kwantowych. Samo doświadczenie z lokalnym rozróżnianiem splątanych stanów dwufotonowych przeprowadzono w laboratorium w Hefei z użyciem technik optyki liniowej. Przygotowane przez badaczy stany kwantowe okazały się rozróżnialne, co dowodzi, że liczby zespolone są integralną, nieusuwalną częścią mechaniki kwantowej.

Osiągnięcie polsko-chińsko-kanadyjskiego zespołu badaczy ma znaczenie podstawowe, jest ono jednak tak głębokie, że może się przełożyć na nowe technologie kwantowe. W szczególności badania nad rolą liczb zespolonych w mechanice kwantowej mogą pomóc lepiej zrozumieć źródła efektywności komputerów kwantowych, jakościowo nowych maszyn liczących, zdolnych rozwiązywać niektóre problemy z szybkością nieosiągalną dla klasycznych komputerów – czytamy w komunikacie.


« powrót do artykułu

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Oczywiście że liczby urojone istnieją - jako bardzo wygodna reprezentacja procesów periodycznych, np. falowej części dualizmu korpuskularno-falowego w mechanice kwantowej ... czy przykładowo w telekomunikacji obróbka cyfrowa jest zwykle na liczbach zespolonych (QAM-FFT), po czym część rzeczywista idzie do cosinusa, urojona do sinusa przesuniętego o pi/2.

Edytowane przez Jarek Duda

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
13 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

 

Edytowane przez krzysiek

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
15 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Zwykle przyjmowano, że liczby zespolone, czyli zawierające składnik z liczbą urojoną i (i do kwadratu daje minus jeden) są wyłącznie matematycznym trikiem. Polsko-chińsko-kanadyjski zespół naukowców udowodnił jednak, że urojoną część mechaniki kwantowej można zaobserwować w akcji w rzeczywistym świecie – informuje Centrum Nowych Technologii UW.

To przykład śmieciowej nauki.

Mam wniosek racjonalizatorski - może należy zwolnić "doświadczalników kwantowych" z obowiązku publikowania.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
20 godzin temu, peceed napisał:

To przykład śmieciowej nauki.

Przydałoby się jakieś uzasadnienie takiego krytycznego zdania. Gdyby to był kolejny artykuł o "odkryciach" czy "badaniach" spychologów (błędnie nazywanych psychologami), to bym się podpisał, ale nie jest.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Fraktale są obserwowane w naturze, a ich natura jest ściśle zespolona. Ciekawe jak możemy mieć pełny opis fizyki skoro wszystko co odkryliśmy było zmierzone przy pomocy liczb wyłącznie rzeczywistych? Z samej logiki wynika, że obecnie mamy tylko fragmentaryczną wiedzę o świecie fizycznym. Gdyby się okazało, że wszelkie miary w przestrzeni wraz z pozycjonowaniem cząstek powinny być mierzone jako zespolone (chociaż tego nie umiemy), to ten postulat właściwie wywraca wszystkie poglądy skostniałych fizyków. Może się okazać, że widzimy wyłącznie fotony ponieważ znajdują się w części przestrzeni mierzalnej wyłącznie wartościami rzeczywistymi. I możliwe również, że elektrony, to tak naprawdę inna postać fotonów, które po prostu rezydują w przestrzeni opisywalnej wyłącznie liczbami urojonymi (czysta hipoteza, bez uzasadnienia). W każdym razie nie rozumiemy budowy energii i materii, a wiemy  że 95% z nich to materia i energia, której nie potrafimy wykryć. Niczym dziwnym by nie było gdyby się okazało, że ta niewykrywalna energia i materia, która jednak powoduje efekty grawitacyjne jest po prostu tam gdzie powinna. Ale jej pozycje w przestrzeni są całkowicie w przestrzeni mierzalnymi liczbami urojonymi (gdy na przykład miary rzeczywiste ich jakiejkolwiek pozycji wynoszą dokładnie zero). Tak naprawdę jesteśmy ślepi i jedyne co potrafimy zaobserwować to efekty kwantowe - ledwo wycinek, którego nie rozumiemy bo nie rozumiemy całości, a tylko efekty widoczne w przestrzeni rzeczywistej. Nie rozumiemy nawet czym jest czas, który zapewne jest fundamentalnie związany z budową materii i energii. Ale niektórzy nie mają w sobie ani trochę pokory uważając, że coś musi być lub jest niemożliwe. Nic nie jest na pewno. Na pewno są tylko obserwacje, o ile nie zostały sfałszowane czy niedokładnie zmierzone.
Ninjahouse

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
4 godziny temu, olamagato napisał:

Ciekawe jak możemy mieć pełny opis fizyki skoro wszystko co odkryliśmy było zmierzone przy pomocy liczb wyłącznie rzeczywistych?

A nawet zostało zmierzone wyłącznie przy pomocy liczb dodatnich. Przecież liczby ujemne też nie istnieją w świecie obserwowanym, a jedynie w stosunku do zera albo jako rezultat odejmowania. Można powiedzieć, że istnieją jedynie w relacji do liczb nieujemnych. Tak samo liczby urojone istnieją jedynie w relacji do rzeczywistych. Tak jak liczby ujemne są przeciwieństwem nieujemnych, tak urojone są przeciwieństwem rzeczywistych.

W uproszczeniu można przyjąć, że liczby rzeczywiste reprezentują rzeczywistość fizyczną, a urojone rzeczywistość abstrakcyjną. Np. przestrzeń jest bardziej fizyczna niż czas, stąd opisywana tymi pierwszymi, a czas bywa modelowany za pomocą tych drugich.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
3 minuty temu, Antylogik napisał:

Przecież liczby ujemne też nie istnieją w świecie obserwowanym, a jedynie w stosunku do zera albo jako rezultat odejmowania.

Formalnie żadne liczby nie istnieją. Liczba to abstrakt matematyczny. Klasa abstrakcji w relacji równoliczności. Rzeczywisty czy urojony to tylko model rzeczywistości

  • Pozytyw (+1) 1

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
1 godzinę temu, Antylogik napisał:

A nawet zostało zmierzone wyłącznie przy pomocy liczb dodatnich. Przecież liczby ujemne też nie istnieją w świecie obserwowanym, a jedynie w stosunku do zera albo jako rezultat odejmowania.

Jedźmy dalej - wszystkie pomiary miały wyniki wymierne, a to tylko pary liczb naturalnych.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
W dniu 17.01.2022 o 23:31, peceed napisał:

Jedźmy dalej - wszystkie pomiary miały wyniki wymierne, a to tylko pary liczb naturalnych.

Ściślej mówiąc wszystkie pomiary w fizyce to skończone przybliżenia jednych pomiarów względem innych. To, że osiągnęliśmy stan wiedzy, który pozwala nam na choćby nanotechnologię, to jakiś cud. :)

Potrzeba znowu kogoś ze świeżym spojrzeniem potrafiącego dobrze zgadnąć to czego nie umiemy zmierzyć i zrozumieć.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
17 minut temu, olamagato napisał:

stan wiedzy, który pozwala nam na choćby nanotechnologię, to jakiś cud.

Nanotechnologia jest dość powszechna w świecie ożywionym - więc nie przesadzałbym z tym cudem.

 

W dniu 17.01.2022 o 23:31, peceed napisał:

Jedźmy dalej - wszystkie pomiary miały wyniki wymierne, a to tylko pary liczb naturalnych.

Tak jak prędkość światła = 1? :) Te wyniki zależą od przyjętego systemu jednostek.
Gdybyśmy zeszli do długości Plancka to mielibyśmy długość każdej rzeczy w postaci liczby naturalnej.
Prościej będzie z ładunkiem. Schodzimy do 1/3 ładunku elektronu i mamy zawsze ładunek naturalny, przy czym wiadomo o co chodzi, nie? :D

Edytowane przez thikim

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
10 godzin temu, thikim napisał:

Gdybyśmy zeszli do długości Plancka to mielibyśmy długość każdej rzeczy w postaci liczby naturalnej.

To nieprawdziwy i naiwny mem - takie wielkości fizyczne nie są dyskretne. Przestrzeń jest ciągła w skali Plancka, co zapewnia nam transformacja Lorentza.

 

  • Pozytyw (+1) 1

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
2 godziny temu, peceed napisał:

To nieprawdziwy i naiwny mem - takie wielkości fizyczne nie są dyskretne. Przestrzeń jest ciągła w skali Plancka, co zapewnia nam transformacja Lorentza.

Ale trzeba przyznać, że potrzeba specyfikowania miejsc po przecinku byłaby niewielka :D

 

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
12 godzin temu, peceed napisał:

To nieprawdziwy i naiwny mem - takie wielkości fizyczne nie są dyskretne.

Rozwiń coś jakimś argumentem a nie memem.
Jakie wielkości fizyczne nie są dyskretne? Skąd to wiesz? Z modelu czasoprzestrzeni znanego i obserwowanego jedynie w wielkiej skali? 
Ładunek elektryczny jest niedyskretny? :)
 

Cytat

Przestrzeń jest ciągła w skali Plancka, co zapewnia nam transformacja Lorentza

Co ma transformacja Lorentza do skali Plancka? :)
To jakbyś teleskopem chciał obserwować atomy - bo uważasz że ma niezłe powiększenie. Kompletne pomylenie narzędzi.

Już nawet dobrze znane tunelowanie - całkowicie wywraca przekształcenie Lorentza (gdyż zachodzi natychmiastowo) i to na dużo większych skalach niż atomy.
Co oczywiście nie zmienia faktu że owszem - długość i czas Plancka nie muszą być kwantami czasoprzestrzeni. Ale są wielkościami gdzie czasoprzestrzeń Minkowskiego do jakiej się odniosłeś wpada jak g... w wiatrak i tam się nie pobawisz transformacją Lorentza.

Edytowane przez thikim

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
9 minut temu, thikim napisał:

Co ma transformacja Lorentza do skali Plancka?

Sam jestem ciekaw. Może @peceed wyjaśni. Zakładam, że to przypadek, że przeoczyłeś fakt, iż to @peceed napisał i nie jest tak, że zaskarbiłem sobie Twoją specjalną uwagę.

 

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Poprawiłem już jak możesz zauważyć.
Wielokrotnie już narzekałem na ten mechanizm cytowania który mylnie przypisuje cytaty - nie wiem od czego to zależy ale co któryś cytat bierze z innej osoby.
Więc nie był to przypadek ale jest to błąd skryptu który automatycznie wstawia autora innego.
BTW. Można się bawić w wielu sytuacjach w skalach atomowych transformacją Lorentza. Ale nie w skali Plancka. A to skala ponad 20 rzędów wielkości mniejsza. I o niej rozmawiamy.

Edytowane przez thikim

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
39 minut temu, thikim napisał:

Można się bawić w wielu sytuacjach w skalach atomowych transformacją Lorentza. Ale nie w skali Plancka. A to skala ponad 20 rzędów wielkości mniejsza. I o niej rozmawiamy.

Fakt. Ja to zrozumiałem, tak że istnieje związek między własnościami czasoprzestrzeni a transformacją Lorentza. BTW, może chodzi o to że elektron przyspieszany do c skraca się w sposób ciągły*, a i spokojnie go 'skrócimy' poniżej długości Plancka. Kwestia energii i zejdziemy dowolnie nisko.

*) l(v) jest zasadniczo ciągła dla v<c

Edytowane przez Jajcenty
  • Pozytyw (+1) 1

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
W dniu 20.01.2022 o 17:56, thikim napisał:

Co ma transformacja Lorentza do skali Plancka? :)
To jakbyś teleskopem chciał obserwować atomy - bo uważasz że ma niezłe powiększenie. Kompletne pomylenie narzędzi.

Już nawet dobrze znane tunelowanie - całkowicie wywraca przekształcenie Lorentza (gdyż zachodzi natychmiastowo) i to na dużo większych skalach niż atomy.
Co oczywiście nie zmienia faktu że owszem - długość i czas Plancka nie muszą być kwantami czasoprzestrzeni. Ale są wielkościami gdzie czasoprzestrzeń Minkowskiego do jakiej się odniosłeś wpada jak g... w wiatrak i tam się nie pobawisz transformacją Lorentza.

Proponuję najpierw przeczytać jakikolwiek podręcznik do KTP (kwantowej teorii pola) a potem przestać p**** farmazony.

A tunelowanie nie następuje "natychmiastowo". Radziłbym nie budować intuicji fizycznej na podstawie sensacyjnych newsów.
 

W dniu 20.01.2022 o 18:47, Jajcenty napisał:

Ja to zrozumiałem, tak że istnieje związek między własnościami czasoprzestrzeni a transformacją Lorentza. BTW, może chodzi o to że elektron przyspieszany do c skraca się w sposób ciągły*, a i spokojnie go 'skrócimy' poniżej długości Plancka. Kwestia energii i zejdziemy dowolnie nisko.

Do tego potwierdzono doświadczalnie zerową dyspersję prędkości światła w próżni na podstawie analiz błysków gamma.

 

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Jeśli chcesz dodać odpowiedź, zaloguj się lub zarejestruj nowe konto

Jedynie zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony.

Zarejestruj nowe konto

Załóż nowe konto. To bardzo proste!

Zarejestruj się

Zaloguj się

Posiadasz już konto? Zaloguj się poniżej.

Zaloguj się

  • Podobna zawartość

    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Od 100 lat naukowcy sprzeczają o interpretacje mechaniki kwantowej. Z jednej strony mamy interpretacje Bohra, Heisenberga i von Neumanna-Wignera, którzy uważali, że stan świadomości osoby przeprowadzającej testy wpływa na wyniki testów, z drugiej zaś strony Popper i Einstein twierdzili, że obiektywna rzeczywistość istnieje.
      Kwestię tę postanowili zbadać... fińscy urzędnicy państwowi – Jussi Lindgren i Jukka Liukkonen – którzy w wolnym czasie lubią rozważać zagadnienia z zakresu mechaniki kwantowej. Panowie przyjrzeli się zasadzie nieoznaczoności, ogłoszonej przez Heisenberga w 1927 roku.
      Zgodnie z tradycyjną interpretacją tej zasady, nie można jednocześnie precyzyjnie określić położenia i pędu, gdyż osoba dokonująca pomiarów zawsze wpływa na ich wynik. Jednak Lindgren i Liukkonen stwierdzili, że związek pomiędzy położeniem a pędem jest stały, a zatem rzeczywistość danego obiektu jest niezależna od osoby go badającej.
      W swojej pracy panowie wykorzystali stochastyczną optymalizację dynamiczną. Z tego punktu widzenia zasada nieoznaczoności Heisenberga jest manifestacją równowagi termodynamicznej, w której korelacja pomiędzy różnymi zmiennymi nie zanika. Stochastyczna optymalizacja dynamiczna była wykorzystywana m.in. do rozwiązania takich problemów, jak wysłanie rakiety z Ziemi na Księżyc.
      Uzyskane przez nas wyniki wskazują, że nie istnieje logiczny powód, dla którego wyniki miałyby być zależne od osoby przeprowadzającej pomiary. Nie istnieje nic, co sugerowałoby, że świadomość eksperymentatora zaburza wyniki czy kreuje rzeczywistość, mówi Lindgren. Interpretacja jest obiektywna i realna oraz tak prosta, jak to tylko możliwe. Lubimy jasne sytuacje i wolimy usunąć wszelki mistycyzm, dodaje Liukkonen.
      Lindgren i Liukkonen to urzędnicy państwowi, a nauka to ich hobby. Obaj należeli do klubu matematycznego w liceum w Kuopio, obaj mają za sobą studia podyplomowe. Liukkonen właśnie napisał pracę doktorską na temat endoskopii ultradźwiękowej i pracuje obecnie jako inspektor w fińskim Urzędzie Bezpieczeństwa Radiologicznego i Atomowego.

      « powrót do artykułu
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Odkrycie dokonane przez uczonych z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB) daje nadzieję na wykorzystanie węgliku krzemu - materiału powszechnie używanego w elektronice - do stworzenia urządzeń obliczeniowych opierających się na mechanice kwantowej.
      Grupa pracująca pod kierunkiem Davida Awschaloma odkryła, że niedoskonałości w sieci krystalicznej węglika krzemu mogą być kontrolowane na poziomie kwantowym. Zwykle defekty w sieci krystalicznej są postrzegane jako niepożądane. W tradycyjnej elektronice takie niedoskonałości powodują spowolnienie pracy układu, gdyż elektrony zostają przez nie uwięzione.
      Naukowcy z UCSB odkryli, że sposób, w jaki elektrony zostały uwięzione pozwala na zainicjalizowanie stanów kwantowych, ich precyzyjną manipulację oraz pomiar. Operacje takie można przeprowadzić za pomocą światła i mikrofal. Zatem każdy z defektów spełnia wymogi stawiane przed qubitem.
      Szukamy piękna i możliwości wykorzystania niedoskonałości, zamiast starać się osiągnąć doskonałość. Używamy tych niedoskonałości jako podstawy dla przyszłej technologii kwantowej - powiedział Awschalom.
      Uczony wyjaśnia, że większość niedoskonałości w sieci krystalicznej nie posiada tak pożądanych cech, jakie odkryto w węgliku krzemu. Dotychczas znano tylko jeden typ takich niedoskonałości - występujący w diamencie ubytek dwóch atomów węgla i zastąpienia ich jednym atomem azotu. Miejsce po drugim atomie węgla pozostaje puste i ma ono takie właściwości, które pozwala wykorzystać je do zapisu kwantowych informacji w temperaturze pokojowej. Diament jest jednak materiałem, który trudno jest pozyskać i zintegrować z elektroniką.
      Tymczasem węglik krzemu jest materiałem dobrze znanym w przemyśle elektronicznym, a badania Awschaloma i jego zespoły wykazały, że dwa spośród licznych typów niedoskonałości pozwalają na uzyskanie efektów kwantowych w temperaturze pokojowej.
      Nie można wykluczyć, że podobnymi właściwościami charakteryzują się też inne materiały. Dotychczas bowiem nie zajęto się dokładnym zbadaniem niedoskonałości wielu z nich.
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Eksperci pracujący pod kierunkiem uczonych z UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science udowodnili, że za pomocą metod mechaniki kwantowej można stworzyć mechanizm kryptograficzny bazujący tylko i wyłącznie na fizycznej lokalizacji odbiorcy i nadawcy wiadomości. To ogromny postęp, gdyż eliminuje jedno z najpoważniejszych wyzwań kryptografii - bezpieczną dystrybucję kluczy kryptograficznych koniecznych do zapisania i odczytania informacji.
      Kryptografia opierająca się na lokalizacji zakłada wykorzystanie precyzyjnych danych o położeniu odbiorcy i nadawcy do stworzenia klucza kryptograficznego. Rozwiązanie takie ma tę olbrzymią zaletę, że daje pewność, iż wiadomość zostanie odebrana i odczytana tylko przez osobę, która znajduje się w określonym miejscu.
      Szef grupy badaczy Rafail Ostrovsky, profesor z UCLA mówi, że najważniejszym elementem nowej metody jest bezpieczna weryfikacja położenia geograficznego urządzeń nadawczo-odbiorczych. Dzięki niej mamy pewność, że np. informacja wysyłana do odległej bazy wojskowej zostanie odebrana tylko przez kogoś, kto się w tej bazie znajduje.
      Niezwykle ważne jest tutaj bezpieczne określenia położenia i to w taki sposób, żeby nie można było się pod to położenie podszyć oraz bezpieczna komunikacja z urządzeniem znajdującym się w tej konkretnej lokalizacji. Urządzenie jest uwiarygadniane przez swoje położenie. Stworzyliśmy metodę bezpiecznej komunikacji z urządzeniem w danej lokalizacji. Połączenie można nawiązać bez potrzeby wcześniejszego komunikowania się z tym urządzeniem - mówi Ostrovsky.
      Dotychczas sądzono, że wykorzystywana w łączności bezprzewodowej triangulacja oferuje odpowiedni poziom bezpieczeństwa. Jednak w ubiegłym roku badania prowadzone pod kierunkiem Ostrovsky'ego pokazały, że grupa osób jest w stanie oszukać wszelkie dotychczasowe systemy określania położenia.
      Najnowsze badania pokazały jednak, że wykorzystanie mechaniki kwantowej gwarantuje bezpieczne jednoznaczne określenie położenia, nawet wówczas, gdy mamy do czynienia z grupą próbującą oszukać systemy lokalizacji. Ostrovsky i jego zespół pokazali, że używając kwantowych bitów w miejsce bitów tradycyjnych, jesteśmy w stanie precyzyjnie określić lokalizację i zrobimy to w sposób bezpieczny. Jeśli nawet przeciwnik będzie próbował podszyć się pod naszą lokalizację, to mu się to nie uda. Jego urządzenia będą bowiem w stanie albo przechowywać przechwycony stan kwantowy, albo go wysłać. Nie mogą robić obu tych rzeczy jednocześnie.
      Wysyłając zatem kwantową wiadomość szyfrujemy ją na podstawie naszej lokalizacji, a odszyfrować może ją jedynie urządzenie znajdujące się w lokalizacji docelowej.
      W pracach Ostrovsky'ego brali udział jego studenci Nishanth Chandran i Ran Gelles oraz Serge Fehr z holenderskiego Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) i Vipul Goyal z Microsoft Research.
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Z mechaniki kwantowej znamy pojęcie superpozycji, czyli dwóch różnych stanów lub pozycji jednocześnie przyjmowanych przez obiekt. Superpozycja to niezwykle delikatny stan, który może zostać "zniszczony" przez jakikolwiek kontakt ze światem zewnętrznym. Dlatego też zjawisko superpozycji występuje w fizyce kwantowej, ale nie obserwujemy go już w naszym świecie. Wiemy, że atomy czy kwanty mogą znajdować się superpozycji. Obecnie największymi obiektami, które udało się naukowcom wprowadzić w stan superpozycji są molekuły.
      Oriol Romero-Isar z Instytutu Maksa Plancka uważa jednak, że może wraz ze swoim zespołem wprowadzić w stan superpozycji niewielkie formy życia. Wcześniej jednak jako eksperymentalny model posłuży wirus grypy, gdyż jest on w stanie przetrwać w próżni, a więc można przeprowadzić eksperyment, nie obawiając się, że superpozycja zostanie zaburzona przez cząsteczki powietrza.
      Uczeni chcą użyć skrzyżowanych promieni dwóch laserów. W miejscu krzyżowania się światła powstaje "zagłębienie optyczne", w którym zostanie uwięziony wirus. Następnie, dzięki odpowiednio dobranej częstotliwości promieni, fotony będą absorbowały energię wibrującego wirusa z okolicy jego środka ciężkości tak długo, aż mikroorganizm znajdzie się w najniższym możliwym stanie energetycznym. Gdy już tak się stanie, będzie gotowy do przyjęcia superpozycji. Tę można uzyskać wysyłając foton w kierunku pułapki. Foton zostanie jednocześnie odbity od pułapki i trafi do niej, wprowadzając ją w superpozycję. To z kolei powinno spowodować, że uwięziony wirus będzie jednocześnie znajdował się w najniższym stanie energetycznym i jakimś wyższym stanie energetycznym.
      Opracowali naprawdę sprytny eksperyment i, jak sądzę, możliwy do przeprowadzenia - chwali swoich niemieckich kolegów Peter Knight z Imperial College London.
      Romero-Isart już spekuluje, że podobnemu eksperymentowi uda się poddać niesporczaki, bardzo małe zwierzęta wodne, które są w stanie przeżyć w bardzo niekorzystnych warunkach.
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Lorenzo Maccone z MIT-u postanowił rozważyć jak ma się asymetria czasu z drugiej zasady termodynamiki do naszej wiedzy o świecie. Dyskusje takie były prowadzone już wcześniej, ale, jak zauważył fizyk Michael Weissman z University of Illinois at Urbana-Champaign, w bardzo nieformalny sposób. Maccone uczynił to systematycznie, co przydaje wagi jego argumentom.
      Żadne prawo fizyczne nie mówi, że czas ma przesuwać się tylko do przodu. Problem jednak w tym, że nigdy nie widzimy, by się cofał. Tymczasem najnowsze badania wskazują, że możemy mieć do czynienia z rodzajem amnezji mechaniki kwantowej - czas może się cofać, ale informacje o tym zdarzeniu nie są w żaden sposób przechowywane.
      Nasze pojmowanie czasu związane jest z drugą zasadą termodynamiki, z której wiemy, że każdy zamknięty system, który zmienia się w sposób spontaniczny, staje się coraz mniej uporządkowany. Jego entropia ciągle rośnie. Entropia znanych nam układów zmienia się w kierunku, który nazywamy przyszłością. Obserwowany kierunek zmian jest tylko jeden.
      Jednak rozważmy sytuację pudełka pełnego cząstek w świecie kwantowym. Splątanie tego systemu np. z obserwatorem, powoduje utratę informacji, czyli cząsteczek. Jednak w tym samym czasie obserwator zyskuje dodatkowe informacje o systemie.
      Na tej podstawie Lorenzo Maccone doszedł do wniosku, że konieczny wzrost entropii, a więc i ważność drugiej zasady termodynamiki, mogą być tylko złudzeniem w świecie mechaniki kwantowej.
      Mechanika kwantowa przewiduje, że czas może się cofać. Zdaniem Maccone szczegółowa analiza kwantowego świata pokazuje, iż jest to prawdą, jednak informacje o cofaniu się czasu zostają usunięte. W systemach, w których entropia się zmniejsza, informacja o tym, co zachodzi pomiędzy zdarzeniem a obserwatorem zostaje usunięta. Z tego też powodu nie jesteśmy w stanie dostrzec przypadków zmniejszania się entropii, a więc przypadków cofania się czasu. Innymi słowy, Maccone twierdzi, że możemy być świadkami sytuacji, w której rozbite jajko znowu jest całe, ale informacja o tym jest usuwana z naszych mózgów. Oczywiście, jak zauważa naukowiec, aby do takiej sytuacji doszło, prawa mechaniki kwantowej musiałyby działać w świecie makro. Jednak na to brakuje nam dowodów. Maccone jednak nie poddaje się i twierdzi, że jego interpretację da się obronić, jeśli przyjmiemy istnienie wielu światów równoległych. Każdy z nich byłby właściwy dla jednego możliwego stanu fizycznego.
      Sean Carroll z Caltechu zauważa, że rozważania Maccone są niekompletne, gdyż nie dają odpowiedzi na ważne pytanie - dlaczego  wszechświat narodził się jako układ o bardzo małej entropii, a więc w stanie, który jest niezwykle mało prawdopodobny.
  • Ostatnio przeglądający   0 użytkowników

    Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.

×
×
  • Dodaj nową pozycję...