Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бауместер Д. -> "Физика квантовой информации" -> 47

Физика квантовой информации - Бауместер Д.

Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации — М.: Постмаркет, 2002. — 376 c.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка): fizikakvantovoyinformacii2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 41 42 43 44 45 46 < 47 > 48 49 50 51 52 53 .. 151 >> Следующая

С физической точки зрения бит - это система с двумя состояниями: она может быть приготовлена в одном из двух различимых состояний, представляющих два логических значения - нет или да, неверно или верно, или просто 0 или 1. Например, в цифровых компьютерах напряжение между пластинками конденсатора может представлять бит информации: заряд на конденсаторе означает 1, а отсутствие заряда означает 0. Один бит информации может быть также закодирован, например, с использованием двух различных поляризаций света или двух различных электронных состояний атома. Кроме того, согласно квантовой механике, если бит может находиться в одном из двух различимых состояний, то он может также находиться и в их когерентной суперпозиции. Это новые состояния, которые в общем случае не имеют классических аналогов и в которых атом одновременно представляет оба значения 0 и 1. Чтобы привыкнуть к тому,
128 Концепция квантовых вычислений
что физическая величина может одновременно принимать два значе ния, полезно рассмотреть эксперимент, показанный на Рис. 4.1.
А
Рис. 4.1. Полупрозрачное зеркало отражает половину падающего на него света. Но отдельный фотон не расщепляется: когда мы посылаем фотон на такое зеркало, он с равной вероятностью регистрируется либо детектором А, либо детектором В. Это, тем не менее, не означает, что фотон покидает зеркало в горизонтальном (Н) или вертикальном (V) направлении случайным образом. На самом деле, фотон одновременно летит по двум путям! Это может быть показано с помощью немного более сложного эксперимента, изображенного на Рис. 4.2.
Полупрозрачное зеркало отражает половину падающего на него света, при этом оставшаяся половина проходит сквозь него без изменений. Пусть один фотон налетает на такое зеркало, как показано на Рис. 4.1. Что при этом произойдет? Что мы точно знаем, это то что фотон не расщепляется на два: мы можем поместить фотодетекторы в любых точках установки, и запустив фотон, убедиться в том, что если один из фотодетекторов зарегистрирует попадание фотона, то ни один из остальных ничего не зарегистрирует. В частности, если поместить фотодетекторы за зеркалом в точках, через которые проходят два возможных выходящих пучка, то фотон будет зарегистрирован с равной вероятностью каждым из детекторов. Получается, что фотон пролетает зеркало в одном из двух направлений случайным образом? Нет, это не так! Может показаться очевидным, по крайней мере, то, что фотон в каждом конкретном эксперименте находится или в прошедшем пучке Н, или в отраженном пучке V. Но это тоже не так. На самом деле, фотон одновременно движется по двум путям, как это может быть показано с помощью установки на Рис. 4.2. Два обычных зеркала расположены так, что оба пути пересекаются на втором полупрозрачном зеркале. С помощью этой установки можно наблюдать удивительный, чисто квантовый эффект одночастичной интерференции.
Предположим, что конкретный фотон двигался после прохождения зеркала вдоль пути, обозначенного Н на Рис. 4.2. Тогда (из сравнения с Рис. 4.1) мы должны найти, что два детектора регистрируют фотоны с одинаковой вероятностью. В точности то же самое наблю-
D в
Введение в квантовые вычисления 129
далось бы, если бы фотоны двигались вдоль вертикального пути V. Следовательно, если бы фотон действительно двигался строго по одному пути внутри прибора - неважно какого - каждый из детекторов А и В в среднем срабатывал бы в половине проведенных экспериментов. Однако на самом деле происходит иначе. Оказывается, что в случае приведенной установки, фотон всегда попадает на детектор А и никогда на детектор В. А
О
Рис. 4.2. Одночастичная интерференция. Влетающий в интерферометр фотон всегда достигает детектора А и никогда - детектора В. Любое объяснение, в котором предполагается, что фотон движется по определенной траектории внутри интерферометра - Н или V - приводит к заключению, что детекторы А и В должны срабатывать в среднем в половине проведенных экспериментов. Но опыт показывает противоположное.
Неизбежным является вывод о том, что фотон должен был в некотором смысле двигаться вдоль обоих путей одновременно - поскольку, если один из путей перекрывается поглощающим экраном, то попадание фотона в детектор А и В немедленно становится равновероятным. Другими словами, блокирование любого из путей приводит к освещению В; когда же оба пути открыты, фотон каким-то способом получает информацию, которая не позволяет ему попасть в В, -информацию, которая распространяется вдоль другого пути со скоростью света, отражаясь от зеркал, в точности так же, как распространяется фотон. Это свойство квантовой интерференции - которое можно описать как существование невидимых двойников, оказывающих влияние на движение наблюдаемых частиц - относится не только к фотонам, но и ко всем частицам и физическим системам. Таким образом, квантовая теория описывает намного более богатую реальность, чем та вселенная, которую мы наблюдаем вокруг нас. Оказывается, что эта реальность имеет приближенно структуру сосуществующих и влияющих друг на друга только через явление интерференции различных вариантов этой вселенной - но все, что нам понадобится от философии существования параллельных
Предыдущая << 1 .. 41 42 43 44 45 46 < 47 > 48 49 50 51 52 53 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed