Digital Tヒンク Tアンク(DTT)

量子力学の虚数部は実際に存在します

一般的に信じられていた 複素数つまり、虚数成分と(iのXNUMX乗の結果がマイナスXNUMXになる)を含むものは、単なる数学的なトリックです。 しかし、ポーランド-中国-カナダの科学者チームは、 量子力学 実世界で実際に動作しているのを見ることができます-ワルシャワ大学の新技術センターが報告しています。

物理的な世界を説明する数の能力についての私たちの直感的な概念は、大幅な改訂を必要とします。 これまでは、実数のみが測定可能な物理量に関連付けられているように見えました。 しかし、それは成功しました 量子状態もつれ光子 複素数に頼らなければ区別できないことを見つけるために。 さらに、研究者は、複素数の重要性を決定する実験を実施しました 量子力学 確認されました

画像ソース:Pixabay

研究は博士のチームによって実施されました。 ワルシャワ大学量子光学技術センター(QOT)のAlexander Streltsovが、合肥の中国科学技術大学(USTC)とカルガリー大学(UCalgary)の科学者の参加を得ました。 理論と測定を説明する記事は Physical Review LettersにフィジカルレビューA 公開されました。


物理学では、複素数は純粋に数学的な性質のものと見なされていました。 それらは方程式の基本的な役割を果たしますが 量子力学 遊び、それらは単にツールとして扱われ、物理学者の計算を容易にしました。 理論的および実験的に、 量子状態 そこにのみの不可欠な参加の下で 複素数 差別化することができます」とStreltsov博士はコメントしています。
複合数は、実数と虚数の1つの要素で構成されます。 それらはa + biの形式であり、aとbは実数です。 biコンポーネントは、複素数の特定のプロパティを担当します。 重要な役割は虚数iによって果たされます。 数値iは-XNUMXの平方根です(したがって、XNUMX乗すると、マイナスXNUMXになります)。

物理的な世界では、数iに直接関係する可能性のあるものを想像することは困難です。 テーブルの上に2つまたは3つのリンゴがある可能性がありますが、これは正常です。 リンゴを取り上げると、物理的な欠陥について話し、負の整数-1で表すことができます。 リンゴを1つまたは2つの部分に切ることができるため、測定可能な数値の1/3または2/XNUMXと物理的に同等のものを得ることができます。 テーブルが完全な正方形である場合、数値XNUMXの対角(測定不能)平方根はその辺よりも長くなります。 同時に、最も誠実な意図にもかかわらず、テーブルの番号iにリンゴを入れることは不可能です。

物理学における複素数の驚くべき経歴は、彼らの助けを借りてあらゆる種類の 振動 一般的な三角関数よりもはるかに便利に記述できます。 したがって、計算は合成数を使用して実行され、最終的にはそれらに表示される実数のみが考慮されます。

他の物理理論と比較して、 量子力学 特定の条件下では粒子として、他の条件下では波として振る舞うことができるオブジェクトを記述しなければならないため、何か特別なものです。 仮説として受け入れられているこの理論の基本方程式は、シュレディンガー方程式です。 これは、特定の関数、いわゆる波動関数の経時変化を表します。これは、 確率分布この状態またはその状態のシステムを見つけることは関連しています。 の中に シュレディンガー方程式 ただし、波動関数のすぐ隣に明示的な虚数iがあります。
何十年もの間、一貫性があり完全であるかどうかについての議論がありました 量子力学 実数のみで生成できます。 だから私たちは決めました 量子状態 それは複素数でのみ互いに​​区別することができます。 重要な瞬間は、私たちがこれらの州を作成し、それらが区別できるかどうかを物理的にチェックする実験でした」と、ポーランド科学財団によって研究が資金提供されたストレルツォフ博士は言います。


の役割を果たした実験 量子力学における複素数 検証済みで、ゲームマスターの参加を得て、アリスとボブの間のゲームの形で表現できます。 ゲームマスターは、レーザーとクリスタルを備えたデバイスを使用して、XNUMXつの光子をXNUMXつのうちのXNUMXつに結合します 量子状態その区別には必然的に複素数の使用が必要です。 その後、彼は送信します 光子 アリスにそして他のボブに。 彼らはそれぞれ自分の光子を測定し、次に他の人と通信して既存の相関関係を決定します。


アリスとボブの測定値は0または1の値しかとることができないと仮定します。 アリスは、ボブのように、意味のない0とXNUMXのシーケンスを見ます。 ただし、通信する場合、対応する測定値を接続できます。 ゲームマスターから相関状態が送信された場合、一方が結果XNUMXを見ると、もう一方も相関状態になります。 お持ちの場合 反相関状態 受信すると、アリスは0を測定し、ボブの場合は1になります。 相互の同意を得て、アリスとボブは私たちの州を区別することができましたが、 量子の性質 根本的に複雑です、と博士は言います。 ストレルツォフ。
理論的な説明には、次のようなアプローチが使用されました。 量子資源理論 知られている。 絡み合ったものから局所的に分化した実験自体 二光子状態 線形光学技術を使用して合肥の研究所で実施されました。 研究者によって準備された量子状態は識別可能であることが判明しました。これは、複素数が量子力学の不可欠で区別できない部分であることを証明しています。
ポーランド-中国-カナダの研究チームの業績は基本的ですが、それは新しいもので見つけることができるほど深遠です 量子技術 ノックダウンする可能性があります。 特に、複素数の役割を探る 量子力学 効率の源を減らすのを助けることができます 量子コンピューター 発表によると、従来のコンピューターでは達成できない速度で特定の問題を解決できる、質的に新しい計算機をよりよく理解すること。