A parte imaginária da mecânica quântica realmente existe
Era comumente acreditado que números complexos, ou seja, aqueles que contêm um componente de número imaginário e (i ao quadrado resulta em menos um) são apenas um truque matemático. No entanto, uma equipe de cientistas polonês-sino-canadenses provou que a parte imaginária do mecânica quântica pode ser visto em ação no mundo real - relata o Centro de Novas Tecnologias da Universidade de Varsóvia.
Nossas idéias intuitivas sobre a capacidade dos números de descrever o mundo físico requerem uma revisão significativa. Até agora parecia que apenas números reais estavam associados a quantidades físicas mensuráveis. No entanto, foi bem sucedido Estados quânticos de fótons emaranhados para descobrir que não pode ser distinguido sem recorrer a números complexos. Além disso, os pesquisadores realizaram um experimento que determinou a importância dos números complexos para o mecânica quântica bestätigt
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A pesquisa foi realizada pela equipe do Dr. Alexander Streltsov do Centro de Tecnologias Óticas Quânticas (QOT) da Universidade de Varsóvia com a participação de cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) em Hefei e da Universidade de Calgary (UCalgary). Os artigos que descrevem a teoria e as medições estão em Physical Review Letters e Revisão Física A apareceu.
Na física, os números complexos eram considerados de natureza puramente matemática. Embora desempenhem um papel fundamental nas equações do mecânica quântica brincar, eles eram tratados apenas como uma ferramenta, algo que tornava os cálculos dos físicos mais fáceis. Provamos teórica e experimentalmente que existem Estados quânticos lá que somente sob a participação indispensável de números complexos pode ser diferenciado ", comenta o Dr. Streltsov.
Os números compostos são formados por dois componentes, reais e imaginários. Eles são da forma a + bi, onde a e b são reais. O componente bi é responsável pelas propriedades específicas dos números complexos. O papel principal é desempenhado pelo número imaginário i. O número i é a raiz quadrada de -1 (portanto, se o elevássemos ao quadrado, obteríamos menos um).
No mundo físico, é difícil imaginar qualquer coisa que possa estar diretamente relacionada ao número i. Pode haver 2 ou 3 maçãs na mesa, isso é normal. Se tirarmos uma maçã, podemos falar de um defeito físico e descrevê-lo pelo número inteiro negativo -1. Podemos cortar a maçã em duas ou três partes e, assim, obter equivalentes físicos dos números mensuráveis 1/2 ou 1/3. Se a mesa fosse um quadrado perfeito, sua raiz quadrada diagonal (incomensurável) do número 2 seria mais longa do que seu lado. Ao mesmo tempo, apesar das intenções mais sinceras, é impossível colocar maçãs no número i da mesa.
A surpreendente carreira de números complexos na física está relacionada ao fato de que, com a ajuda deles, todos os tipos de Vibrações Pode ser descrito de forma muito mais conveniente do que com as funções trigonométricas comuns. Os cálculos são, portanto, realizados com números compostos e, no final, apenas os números reais que aparecem neles são levados em consideração.
Em comparação com outras teorias físicas, o mecânica quântica algo especial porque tem que descrever objetos que podem se comportar como partículas sob certas condições e como ondas sob outras. A equação básica dessa teoria, aceita como postulado, é a equação de Schrödinger. Ele descreve as mudanças ao longo do tempo de uma determinada função, a chamada função de onda, que está associada ao Distribuição de probabilidadepara encontrar o sistema neste ou naquele estado está relacionado. No Equação de Schrödinger no entanto, existe um número imaginário explícito i bem ao lado da função de onda.
Por décadas, tem havido um debate sobre ser ou não consistente e completo mecânica quântica pode ser gerado apenas com números reais. É por isso que decidimos Estados quânticos que só podem ser distinguidos uns dos outros com números complexos. O momento crucial foi um experimento em que criamos esses estados e verificamos fisicamente se eles eram distinguíveis ou não ", disse o Dr. Streltsov, cuja pesquisa foi financiada pela Fundação de Ciência Polonesa.
O experimento que desempenhou o papel de números complexos em mecânica quântica verificado, pode ser representado na forma de um jogo entre Alice e Bob com a participação do mestre do jogo. Usando um dispositivo com lasers e cristais, o mestre do jogo liga dois fótons em um de dois Estados quânticoscuja distinção requer necessariamente o uso de números complexos. Ele então envia um Photon para Alice e a outra para Bob. Cada um deles mede seu fóton e depois se comunica com o outro para determinar as correlações existentes.
Suponha que as medidas de Alice e Bob só possam assumir os valores 0 ou 1. Alice vê uma sequência sem sentido de zeros e uns, como Bob. No entanto, quando eles se comunicam, eles podem fazer conexões entre as medições correspondentes. Se o GM enviou a você um estado correlacionado, se um vê o resultado 0, o outro também. Se você tiver um estado anti-correlacionado recebido, Alice mede 0, para Bob será 1. Com consentimento mútuo, Alice e Bob poderiam distinguir nossos estados, mas apenas se os deles Natureza quântica é fundamentalmente complexo, diz o Dr. Streltsov.
Para a descrição teórica foi utilizada uma abordagem que se denomina Teoria dos recursos quânticos é conhecido. O próprio experimento com diferenciação local de emaranhados Estados de dois fótons foi realizado em um laboratório em Hefei usando técnicas de óptica linear. Os estados quânticos preparados pelos pesquisadores revelaram-se distinguíveis, o que prova que os números complexos são uma parte integrante e indistinguível da mecânica quântica.
A conquista da equipe de pesquisa polonês-sino-canadense é fundamental, mas tão profunda que pode ser traduzida em novos Tecnologias quânticas poderia derrubar. Em particular, explorando o papel dos números complexos no mecânica quântica pode ajudar a reduzir as fontes de eficiência Computadores quânticos Para entender melhor as novas máquinas de calcular qualitativamente que podem resolver certos problemas em velocidades que são inatingíveis para computadores clássicos, de acordo com o anúncio.