الجزء التخيلي من ميكانيكا الكم موجود بالفعل

كان من المفترض أن ارقام مركبة، أي تلك التي تحتوي على مكون رقم وهمي و (نتائج i التربيعية في ناقص واحد) هي مجرد خدعة رياضية. ومع ذلك ، فقد أثبت فريق من العلماء البولنديين الصينيين الكنديين أن الجزء الخيالي من ميكانيكا الكم يمكن رؤيتها أثناء العمل في العالم الحقيقي - تقارير مركز التقنيات الجديدة في جامعة وارسو.

تتطلب مفاهيمنا البديهية حول قدرة الأرقام على وصف العالم المادي مراجعة كبيرة. حتى الآن ، بدا أن الأرقام الحقيقية فقط هي التي ترتبط بكميات مادية قابلة للقياس. ومع ذلك ، فقد نجح الدول الكمومية من الفوتونات المتشابكة لتجد أنه لا يمكن تمييزها دون اللجوء إلى الأعداد المركبة. بالإضافة إلى ذلك ، أجرى الباحثون تجربة حددت معنى الأعداد المركبة لـ ميكانيكا الكم مؤكد

مصدر الصورة: Pixabay

أجرى البحث فريق عمل د. ألكسندر ستريلتسوف من مركز التقنيات البصرية الكمية (QOT) في جامعة وارسو بمشاركة علماء من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC) في Hefei وجامعة كالجاري (UCalgary). المقالات التي تصف النظرية والقياسات موجودة في استعراض للحروف البدنية اوند مراجعة البدنية أ يبدو.

في الفيزياء ، كانت الأعداد المركبة تعتبر ذات طبيعة رياضية بحتة. على الرغم من أنها تلعب دورًا أساسيًا في معادلات ميكانيكا الكم تم التعامل معهم على أنهم مجرد أداة ، الأمر الذي جعل حسابات الفيزيائيين أسهل. لقد أثبتنا نظريًا وتجريبيًا أن هناك الدول الكمومية هناك أن فقط في ظل المشاركة التي لا غنى عنها ارقام مركبة يمكن تمييزها "، يعلق الدكتور ستريلتسوف.
تتكون الأرقام المركبة من مكونين ، حقيقي وخيالي. إنها من الشكل a + bi ، حيث a و b حقيقيان. المكون الثنائي مسؤول عن الخصائص المحددة للأعداد المركبة. الدور الرئيسي يلعبه الرقم التخيلي أنا. الرقم i هو الجذر التربيعي لـ -1 (لذا إذا قمنا بتربيعه فسنحصل على سالب واحد).

في العالم المادي ، من الصعب تخيل أي شيء يمكن أن يكون مرتبطًا بشكل مباشر بالرقم i. يمكن أن يكون هناك 2 أو 3 تفاحات على الطاولة ، وهذا أمر طبيعي. إذا أخذنا تفاحة ، فيمكننا التحدث عن عيب مادي ووصفه بعدد صحيح سالب -1. يمكننا قطع التفاحة إلى جزأين أو ثلاثة ، وبالتالي الحصول على مكافئات فيزيائية للأرقام القابلة للقياس 1/2 أو 1/3. إذا كان الجدول مربعًا كاملًا ، فسيكون الجذر التربيعي القطري (غير القابل للقياس) للرقم 2 أطول من جانبه. في الوقت نفسه ، على الرغم من النوايا الصادقة ، من المستحيل وضع التفاح في الرقم i على الطاولة.

ترتبط المهنة المدهشة للأعداد المركبة في الفيزياء بحقيقة أنه بمساعدتهم جميع أنواع الاهتزازات يمكن وصفها بسهولة أكبر بكثير من الدوال المثلثية الشائعة. لذلك يتم إجراء الحسابات باستخدام أرقام مركبة وفي النهاية يتم أخذ الأرقام الحقيقية التي تظهر فيها فقط في الاعتبار.

مقارنة بالنظريات الفيزيائية الأخرى ، فإن ميكانيكا الكم شيء خاص لأنه يجب أن يصف الأشياء التي يمكن أن تتصرف كجسيمات في ظل ظروف معينة وكموجات في ظل ظروف أخرى. المعادلة الأساسية لهذه النظرية ، والتي يتم قبولها كمسلمة ، هي معادلة شرودنغر. يصف التغييرات بمرور الوقت لوظيفة معينة ، ما يسمى بوظيفة الموجة ، والتي تحدث مع توزيع الاحتمالاتللعثور على النظام في هذه الحالة أو تلك ذات الصلة. في معادلة شرودنجر ومع ذلك ، هناك رقم وهمي واضح أنا بجوار دالة الموجة.
لعقود من الزمان كان هناك نقاش حول ما إذا كان يجب أن تكون متسقة وكاملة أم لا ميكانيكا الكم يمكن توليدها بأرقام حقيقية فقط. لهذا السبب قررنا الدول الكمومية لا يمكن تمييزها إلا عن بعضها البعض بأرقام مركبة. كانت اللحظة الحاسمة هي التجربة التي أنشأنا فيها هذه الحالات وفحصنا ما إذا كانت قابلة للتمييز أم لا "، كما يقول الدكتور ستريلتسوف ، الذي مولت أبحاثه مؤسسة العلوم البولندية.

التجربة التي لعبت دور الأعداد المركبة في ميكانيكا الكم تم التحقق منه ، يمكن تمثيله في شكل لعبة بين Alice و Bob بمشاركة سيد اللعبة. باستخدام جهاز مع الليزر والبلورات ، يربط سيد اللعبة فوتونين في واحد من اثنين الدول الكموميةالذي يتطلب تمييزه بالضرورة استخدام الأعداد المركبة. ثم يرسل ملف الفوتون لأليس والآخر لبوب. يقوم كل منهم بقياس الفوتون الخاص به ثم التواصل مع الآخر لتحديد الارتباطات الحالية.

افترض أن قياسات أليس وبوب يمكن أن تأخذ القيم 0 أو 1 فقط. ترى أليس سلسلة لا معنى لها من الأصفار والآحاد ، مثل بوب. ومع ذلك ، عندما يتواصلون ، يمكنهم إجراء اتصالات بين القياسات المقابلة. إذا أرسل لك سيد اللعبة حالة مرتبطة ، إذا رأى أحدهم النتيجة 0 ، فسيرى الآخر أيضًا. إذا لديك واحدة الدولة المضادة للارتباط تم استلامها ، أليس قياس 0 ، بالنسبة لبوب سيكون 1. بموافقة متبادلة ، يمكن لأليس وبوب التمييز بين ولايتنا ، ولكن فقط إذا كانت دولتهما طبيعة الكم يقول د. ستريلتسوف.
بالنسبة للوصف النظري ، تم استخدام نهج يسمى نظرية الموارد الكمومية معروف. التجربة نفسها مع التمايز المحلي من التشابك حالات ثنائية الفوتون تم إجراؤه في مختبر في Hefei باستخدام تقنيات البصريات الخطية. تبين أن الحالات الكمومية التي أعدها الباحثون قابلة للتمييز ، مما يثبت أن الأعداد المركبة هي جزء لا يتجزأ من ميكانيكا الكم ولا يمكن تمييزه.
يعد إنجاز فريق البحث البولندي الصيني الكندي أمرًا أساسيًا ، ولكنه عميق جدًا بحيث يمكن ترجمته إلى جديد تقنيات الكم يمكن أن يطرق. على وجه الخصوص ، استكشاف دور الأعداد المركبة في ميكانيكا الكم يمكن أن تساعد في زيادة مصادر الكفاءة أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتحقيق فهم أفضل للآلات الحسابية الجديدة نوعياً التي يمكنها حل بعض المشكلات بسرعات لا يمكن الوصول إليها لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ، وفقًا للإعلان.