اطلاعات کوانتومی/اصول گزیده‌ی کامپیوترهای کوانتومی/بخش دوم

ویکی‎کتاب، کتابخانهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
بخش اول بخش دوم بخش سوم


فیزیک کوانتومی مهم ترین دستاورد علم بشری در توصیف طبیعت است. این نظریه که در سالهای ۲۷-۱۹۲۵ توسط «ورنر هایزنبرگ»، «آروین شرودینگر»، «پل دیراک»، «ماکس پلانک» و چند تن دیگر پایه‌گذاری شد، اساس تمام ادراک امروزی ما از عالم است. به بیان دقیق تر، مکانیک کوانتومی مجموعه‌ای از قوانین، روابط ریاضی و مفاهیم فلسفی است که توصیف کننده رفتار ذرات بنیادین تشکیل دهنده عالم است.

البته با تعمیم همین قوانین و روابط، می‌توان رفتار تمام سیستم‌های فیزیکی ای که پیش از آن بررسی شده بودند را نیز بررسی و تعیین کرد. پایه ریاضی این نظریه جبر خطی عالی است. مفاهیمی از قبیل فضای هیلبرت، ماتریس‌ها، عملگرها، ویژه توابع و ویژه مقادیر و تیدیلات از مهم ترین موارد می‌باشند. در حیطه فیزیک نظریه نیز مباحثی همچون تابع موج، سیستم و تحول آن، فضای حالت، اندازه گیریها و مکانیک آماری مورد بررسی قرار می‌گیرند. همچنین در سطوح بسیار پیشرفته تر و پیشروی این نظریه عناوینی همچون مفهوم و کاربرد اسپین، نظریه اندازه‌گیری، متغیرهای پنهان، مساله ناجایگزیدگی، نیروی کوانتومی و میدان راهنما، پارادوکس EPR و قضیه بل مطرح می‌شوند.

معرفی مکانیک کوانتومی به عنوان یک ساختمان کاری فیزیکی جدید در ابتدای قرن بیستم منجر به تحولی عظیم در ساختار چند هزار ساله اندیشه بشری شد. مکانیک کوانتومی در ابتدای ظهورش بیشتر از آنکه به یک نظریه انقلابی شباهت داشته باشد به نوعی توجیه برای پاره‌ای بدیهیات تجربی شباهت داشت که با فیزیک کلاسیک قابل بیان نبودند. سه اثر مهم این نظریه عبارتند از:

۱) از میان برداشتن جبر گرایی که همواره اصلی تردید ناپذیر در فیزیک کلاسیک بود

۲) گسترش مفاهیم فیزیک درباره پدیده‌هایی که تا پیش از آن توجیهی برای آنها وجود نداشت مانند رفتار اتم‌ها، مولکولها و ذرات زیر اتمی و

۳) با آمدن مکانیک کوانتومی این تصور بنیادی نهفته در تفکر بشری که واقعیتی عینی وجود دارد که وجودش متکی بر مشاهده شدنش نیست، زیر سوال رفت.

در فیزیک، اصولاً هر نظریه‌ای متشکل از یکسری مجردات خاص است که آن نظریه درباره آنها بحث می‌کند. هر زیر مجموعه از این مجردات که هدف خاصی را دنبال می‌کند یک سیستم در آن نظریه نامیده می‌شود. در مکانیک کوانتومی، تمام ذرات بنیادی، تمام مواد شناخته شده در عالم، تمام خصوصیات فیزیکی مانند میدانها، دماها و ... جزو مجردات می‌باشند. به عبارت دیگر این نظریه را می‌توان برای هر موجود فیزیکی (در معنای عام) با هر اندازه و نوع به کار برد. به عنوان مثالهایی از چند سیستم کوانتومی می‌توان به اتم هیدروژن با هدف تعیین موقعیت آن در یک جعبه سه بعدی، دو الکترون در یک شتابدهنده با هدف تعیین نتیجه حاصل از برخورد پر انرژی شان، یک حجم دیفرانسیلی از پرتوهای کیهانی با هدف تعیین تکانه زاویه‌ای و دو اتم در هم تافته با هدف تعیین حالت اسپینی شان اشاره کرد.