Воображаемая часть квантовой механики действительно существует
Обычно считалось, что сложные числа, то есть те, которые содержат компонент мнимого числа и (я возведу в квадрат результат минус один), являются просто математическим трюком. Однако польско-китайско-канадская группа ученых доказала, что мнимая часть квантовая механика можно увидеть в действии в реальном мире, - сообщает Центр новых технологий Варшавского университета.
Наши интуитивные представления о способности чисел описывать физический мир требуют значительного пересмотра. До сих пор казалось, что только действительные числа связаны с измеримыми физическими величинами. Однако это удалось Квантовые состояния из запутанные фотоны найти то, что нельзя различить, не прибегая к комплексным числам. Кроме того, исследователи провели эксперимент, который определил значение комплексных чисел для квантовая механика подтвердил
Источник изображения: Pixabay
Исследование было проведено командой Dr. Александр Стрельцов из Центра квантовых оптических технологий (QOT) Варшавского университета при участии ученых из Китайского университета науки и технологий (USTC) в Хэфэ и Университета Калгари (Калифорния). Статьи с описанием теории и измерений находятся в Physical Review Letters, и Физический обзор А появился.
В физике комплексные числа считались чисто математическими. Хотя они играют фундаментальную роль в уравнениях квантовая механика play, они рассматривались как инструмент, упрощающий вычисления физикам. Теоретически и экспериментально доказано, что существуют Квантовые состояния там, что только при непременном участии сложные числа можно дифференцировать », - комментирует д-р Стрельцов.
Составные числа состоят из двух компонентов: действительного и мнимого. Они имеют форму a + bi, где a и b действительны. Двухкомпонентный отвечает за специфические свойства комплексных чисел. Ключевую роль играет мнимое число i. Число i - это квадратный корень из -1 (так что если бы мы возводили его в квадрат, мы получили бы минус один).
В физическом мире трудно представить что-либо, что могло бы иметь прямое отношение к числу i. На столе может быть 2 или 3 яблока, это нормально. Если мы уберем яблоко, мы можем говорить о физическом дефекте и описать его отрицательным целым числом -1. Мы можем разрезать яблоко на две или три части и таким образом получить физические эквиваленты измеримых чисел 1/2 или 1/3. Если бы стол был идеальным квадратом, его диагональный (неизмеримый) квадратный корень из числа 2 был бы длиннее его стороны. При этом, несмотря на самые искренние намерения, нельзя класть на стол яблоки числа i.
Удивительная карьера комплексных чисел в физике связана с тем, что с их помощью всевозможные Вибрации Их можно описать намного удобнее, чем с помощью обычных тригонометрических функций. Поэтому вычисления выполняются с составными числами, и в конечном итоге учитываются только действительные числа, которые в них фигурируют.
По сравнению с другими физическими теориями квантовая механика что-то особенное, потому что он должен описывать объекты, которые могут вести себя как частицы в одних условиях и как волны в других. Основным уравнением этой теории, которое принято в качестве постулата, является уравнение Шредингера. Он описывает изменения во времени определенной функции, так называемой волновой функции, которая происходит с Распределение вероятностейнайти систему в том или ином состоянии родственно. В Уравнение Шредингера однако рядом с волновой функцией есть явное мнимое число i.
На протяжении десятилетий велись споры о том, следует ли быть последовательным и полным. квантовая механика могут быть сгенерированы только с действительными числами. Вот почему мы решили Квантовые состояния которые можно отличить друг от друга только комплексными числами. Решающим моментом стал эксперимент, в котором мы создали эти состояния и физически проверили, различимы ли они или нет », - говорит д-р Стрельцов, исследование которого финансировалось Польским научным фондом.
Эксперимент, сыгравший роль комплексные числа в квантовой механике проверено, может быть представлено в виде игры Алисы и Боба с участием мастера игры. Используя устройство с лазерами и кристаллами, мастер игры связывает два фотона в один из двух. Квантовые состоянияразличие которых обязательно требует использования комплексных чисел. Затем он отправляет фотон Алисе, а другой - Бобу. Каждый из них измеряет свой фотон, а затем общается с другим, чтобы определить существующие корреляции.
Предположим, что измерения Алисы и Боба могут принимать только значения 0 или 1. Алиса видит бессмысленную последовательность нулей и единиц, как Боб. Но когда они общаются, они могут устанавливать связи между соответствующими измерениями. Если мастер игры отправил вам коррелированное состояние, если один видит результат 0, другой тоже. Если у тебя есть антикоррелированное состояние получено, Алиса измеряет 0, для Боба это будет 1. По обоюдному согласию Алиса и Боб могли различать наши состояния, но только если их Квантовая природа фундаментально сложен, говорит д-р. Стрельцов.
Для теоретического описания был использован подход, который получил название Квантовая теория ресурсов известен. Сам эксперимент с локальной дифференциацией запутанных Двухфотонные состояния был проведен в лаборатории в Хэфэе с использованием методов линейной оптики. Квантовые состояния, подготовленные исследователями, оказались различимыми, что доказывает, что комплексные числа являются неотъемлемой неотличимой частью квантовой механики.
Достижение польско-китайско-канадской исследовательской группы является фундаментальным, но настолько глубоким, что может быть переведено на новый уровень. Квантовые технологии мог сбить. В частности, изучение роли комплексных чисел в квантовая механика может помочь увеличить источники эффективности Квантовые компьютеры Чтобы лучше понять качественно новые вычислительные машины, которые, как говорится в сообщении, могут решать определенные задачи на скоростях, недостижимых для классических компьютеров.