World Quantum Day 2025: Apa itu superposisi kuantum dan apa artinya untuk komputasi kuantum?
Hari ini (14 April) menandai World Quantum Day 2025, sebuah perayaan internasional yang diadakan untuk mempromosikan pemahaman publik tentang sains kuantum.
Tanggal, 4/14, dipilih karena 4.14 mewakili tiga digit pertama konstanta Planck (4.135667696 x 10-15 elektron volt per hertz, dibulatkan menjadi 4,14 x 10-15) – Angka penting dalam fisika kuantum.
Fisika Quantum adalah cabang sains yang berkaitan dengan partikel terkecil di alam semesta, seperti atom, elektron, foton (partikel cahaya), dan partikel subatomik lainnya seperti quark.
Di dunia sehari -hari, pada skala yang dapat kita lihat, hal -hal cenderung mengikuti hukum fisika klasik. Namun, ketika Anda memperbesar semua jalan ke partikel terkecil, fisika klasik berhenti bekerja dengan baik, dan aturan mekanika kuantum ikut bermain.
Beberapa konsep utama fisika kuantum adalah bahwa partikel seperti elektron dapat berperilaku sebagai gelombang, dan sebaliknya (dikenal sebagai Dualitas gelombang-partikel); Dua partikel dapat dihubungkan sedemikian rupa sehingga jika Anda mengukur satu, Anda langsung mengetahui sesuatu tentang yang lain (Keterikatan kuantum); dan partikel kuantum dapat dalam beberapa keadaan sekaligus sampai diamati (superposisi kuantum).
Apa itu Superposisi Quantum?
Dalam kehidupan sehari -hari, sesuatu hanya bisa berada dalam satu keadaan pada satu waktu: sakelar lampu adalah hidup atau mati, Seekor kucing sudah mati atau hidup. Di dunia kuantum, hal -hal tidak bekerja dengan cara yang sama. Superposisi kuantum menggambarkan bagaimana partikel kuantum, seperti elektron, foton, atau bahkan atom, dapat ada di beberapa keadaan berbeda pada saat yang sama – sampai diukur. Sebelum diamati, itu bukan setengah di antara negara bagian, tetapi sebaliknya merupakan “superposisi” dari keduanya sekaligus.
Dalam fisika kuantum, keadaan partikel adalah dijelaskan oleh gelombang Persamaan, yang memberi tahu kita probabilitas di mana suatu partikel mungkin berada atau apa sifatnya. Gelombang probabilitas ini dapat ada dalam campuran banyak negara.
Apa kucing Schrödinger?
Kucing Schrödinger adalah eksperimen pemikiran terkenal yang menggambarkan cara kerja superposisi. Bayangkan seekor kucing di dalam kotak dengan mekanisme yang memiliki peluang 50/50 untuk membunuhnya, tergantung pada apakah partikel kuantum meluruh secara radioaktif, berubah secara spontan menjadi jenis atom yang berbeda dan melepaskan partikel radioaktif seperti elektron.
Sampai seseorang membuka kotak dan mengamatinya, kucing itu dianggap berada di superposisi baik hidup dan mati. Saat Anda mengukur atau mengamati sistem – atau dalam kasus tampilan kucing Schrödinger di dalam kotak – superposisi diselesaikan menjadi satu keadaan yang pasti, dan nasib kucing ditemukan.
Terkait: Fisikawan membuat kucing Schrödinger terpanas yang pernah ada dalam terobosan teknologi kuantum
Superposisi kuantum telah diamati secara eksperimental oleh para ilmuwan pada beberapa kesempatan. Salah satu contoh terkenal adalah Eksperimen Celah Gandadi mana foton ditembakkan pada penghalang dengan dua celah, di belakangnya adalah layar AA yang mencatat di mana partikel mendarat. Jika Anda mengirim partikel melalui satu celah, Anda mendapatkan satu pita di layar, tetapi jika Anda membuka keduanya, Anda mendapatkan pola interferensi seperti gelombang dengan beberapa pita di layar, yang juga membuktikan bahwa partikel dan gelombang dapat bertindak seperti satu sama lain. Mengirim satu partikel pada satu waktu, Anda akan mengharapkan masing -masing melalui satu celah atau yang lain. Namun, pola interferensi masih menumpuk, seolah -olah setiap partikel tunggal mengganggu dirinya sendiri. Ini berarti bahwa setiap partikel tunggal entah bagaimana melewati kedua celah sekaligus, dan karenanya berada dalam superposisi dari kedua kemungkinan
Jika Anda mencoba mengukur celah mana yang dilalui partikel, superposisi runtuh: partikel memang tampaknya telah melewati celah tunggal, dan pola interferensi menghilang, hanya menyisakan dua pita di layar.
Selain itu, ion Dan molekul yang lebih besar telah secara eksperimental terperangkap dalam keadaan superposed, dan klorofil pada daun tanaman telah ditemukan Gunakan superposisi kuantum untuk memanen cahaya dengan lebih efisien dari matahari.
Mengapa superposisi begitu penting dalam komputasi kuantum?
Superposisi kuantum juga digunakan sebagai alat di Komputasi kuantum dan merupakan alasan utama komputer kuantum bisa sangat kuat.
Bit biner klasik hanya dapat berada dalam satu keadaan pada satu waktu: 0 atau 1. Bit -bit ini dikodekan pada transistor, biasanya terbuat dari silikon, germanium atau semikonduktor lainnya. Dengan tiga bit hadir, mereka dapat memiliki potensi 8 negara bagian yang berbeda: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111. Untuk memproses semua kemungkinan, komputer klasik harus memeriksanya satu per satu.
Dalam komputer kuantum, partikel seperti elektron atau foton bertindak sebagai a qubit (Bit kuantum), yang dapat berada dalam superposisi dari kedua dan 1. Tiga qubit dapat berada dalam superposisi dari semua 8 status yang mungkin sekaligus, yang berarti bahwa komputer kuantum dapat memproses jumlah perhitungan yang jauh lebih besar secara bersamaan. Dengan tiga qubit hadir, komputer kuantum dapat memproses semua delapan negara bagian yang tercantum di atas sekaligus.
Kekuatan pemrosesan yang jauh lebih besar ini daripada komputer tradisional dapat berarti bahwa komputer kuantum suatu hari nanti dapat digunakan untuk melakukan simulasi kompleks dalam farmasi, pemodelan iklim, dan manufaktur. Secara teori, komputer kuantum cukup kuat dapat melakukan perhitungan dalam hitungan detik yang akan mengambil Superkomputer yang paling kuat jutaan tahun untuk menyelesaikannya.
