La parte immaginaria della meccanica quantistica esiste davvero
Lo si presumeva comunemente numeri complessi, cioè quelli che contengono una componente numerica immaginaria e (i risultati al quadrato in meno uno) sono solo un trucco matematico. Tuttavia, un team di scienziati polacco-sino-canadese ha dimostrato che la parte immaginaria di meccanica quantistica può essere visto in azione nel mondo reale - riferisce il Centro per le nuove tecnologie dell'Università di Varsavia.
Le nostre idee intuitive sulla capacità dei numeri di descrivere il mondo fisico richiedono una revisione significativa. Fino ad ora sembrava che solo i numeri reali fossero associati a quantità fisiche misurabili. Tuttavia, è riuscito Stati quantistici di fotoni impigliati per scoprire che non si può distinguere senza ricorrere a numeri complessi. Inoltre, i ricercatori hanno condotto un esperimento che ha determinato il significato dei numeri complessi per meccanica quantistica confermato
Fonte immagine: Pixabay
La ricerca è stata condotta dal team del Dr. Alexander Streltsov del Center for Quantum Optical Technologies (QOT) dell'Università di Varsavia con la partecipazione di scienziati dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) di Hefei e dell'Università di Calgary (UCalgary). Articoli che descrivono la teoria e le misurazioni sono disponibili Physical Review Letters , Revisione fisica A apparso.
In fisica, i numeri complessi erano considerati di natura puramente matematica. Sebbene giochino un ruolo fondamentale nelle equazioni di meccanica quantistica giocavano, erano semplicemente trattati come uno strumento, qualcosa che semplificava i calcoli dei fisici. Abbiamo dimostrato teoricamente e sperimentalmente che ci sono Stati quantistici lì che solo sotto l'indispensabile partecipazione di numeri complessi può essere differenziato ", commenta il dottor Streltsov.
I numeri composti sono costituiti da due componenti, reale e immaginaria. Sono della forma a + bi, dove aeb sono reali. La componente bi è responsabile delle proprietà specifiche dei numeri complessi. Il ruolo chiave è svolto dal numero immaginario i. Il numero i è la radice quadrata di -1 (quindi se lo mettessimo al quadrato avremmo meno uno).
Nel mondo fisico, è difficile immaginare qualcosa che possa essere direttamente correlato al numero i. Ci possono essere 2 o 3 mele sul tavolo, questo è normale. Se togliamo una mela, possiamo parlare di un difetto fisico e descriverlo con il numero intero negativo -1. Possiamo tagliare la mela in due o tre parti e ottenere così gli equivalenti fisici dei numeri misurabili 1/2 o 1/3. Se il tavolo fosse un quadrato perfetto, la sua radice quadrata diagonale (non misurabile) del numero 2 sarebbe più lunga del suo lato. Allo stesso tempo, nonostante le intenzioni più sincere, è impossibile mettere sul tavolo le mele del numero i.
La sorprendente carriera di numeri complessi in fisica è legata al fatto che con il loro aiuto tutti i tipi di Vibrazioni Può essere descritto molto più comodamente che con le comuni funzioni trigonometriche. I calcoli vengono quindi effettuati con numeri composti e alla fine vengono presi in considerazione solo i numeri reali che compaiono in essi.
Rispetto ad altre teorie fisiche, il meccanica quantistica qualcosa di speciale perché deve descrivere oggetti che possono comportarsi come particelle in determinate condizioni e come onde in altre. L'equazione di base di questa teoria, accettata come postulato, è l'equazione di Schrödinger. Descrive i cambiamenti nel tempo di una determinata funzione, la cosiddetta funzione d'onda, che è associata al Distribuzione di probabilitàper trovare il sistema in questo o quello stato è correlato. Nel Equazione di Schrödinger tuttavia, c'è un numero immaginario esplicito i proprio accanto alla funzione d'onda.
Per decenni c'è stato un dibattito sull'opportunità o meno di essere coerenti e completi meccanica quantistica può essere generato solo con numeri reali. Ecco perché abbiamo deciso Stati quantistici che possono essere distinti l'uno dall'altro solo con numeri complessi. Il momento cruciale è stato un esperimento in cui abbiamo creato questi stati e verificato fisicamente se fossero distinguibili o meno ", afferma il dottor Streltsov, la cui ricerca è stata finanziata dalla Polish Science Foundation.
L'esperimento che ha svolto il ruolo di numeri complessi nella meccanica quantistica verificato, può essere rappresentato sotto forma di gioco tra Alice e Bob con la partecipazione del game master. Utilizzando un dispositivo con laser e cristalli, il maestro del gioco lega due fotoni in uno dei due Stati quantisticila cui distinzione richiede necessariamente l'uso di numeri complessi. Quindi invia un file fotone ad Alice e l'altra a Bob. Ciascuno misura il proprio fotone e quindi comunica con l'altro per determinare le correlazioni esistenti.
Supponiamo che le misurazioni di Alice e Bob possano assumere solo i valori 0 o 1. Alice vede una sequenza senza senso di zero e uno, come Bob. Tuttavia, quando comunicano, possono stabilire collegamenti tra le misurazioni corrispondenti. Se il GM ti ha inviato uno stato correlato, se uno vede il risultato 0, anche l'altro lo farà. Se ne hai uno stato anticorrelato ricevuto, Alice misura 0, per Bob sarà 1. Di comune accordo, Alice e Bob potevano distinguere i nostri stati, ma solo se il loro Natura quantistica è fondamentalmente complesso, afferma il dott. Streltsov.
Per la descrizione teorica è stato utilizzato un approccio chiamato Teoria delle risorse quantistiche è conosciuto. L'esperimento stesso con la differenziazione locale da entangled Stati a due fotoni è stato eseguito in un laboratorio di Hefei utilizzando tecniche di ottica lineare. Gli stati quantistici preparati dai ricercatori si sono rivelati distinguibili, il che dimostra che i numeri complessi sono una parte integrante e indistinguibile della meccanica quantistica.
Il risultato del team di ricerca polacco-sino-canadese è fondamentale, ma così profondo da poter essere trovato in novità Tecnologie quantistiche potrebbe abbattere. In particolare, esplorando il ruolo dei numeri complessi in meccanica quantistica può aiutare a ridurre le fonti di efficienza Computer quantistici Per comprendere meglio macchine calcolatrici qualitativamente nuove che possono risolvere alcuni problemi a velocità irraggiungibili per i computer classici, si legge nell'annuncio.