XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Квантовая механика – раздел физики, который перевернул представление классической физики, кардинально отличающийся от тех явлений, что мы привыкли видеть.

Причины появления КФ - несостоятельность классической механики, в качестве примера можно привести проблему орбитального строения атома.

Опираясь на классическое ур-ие ЭД Максвела можно сказать, что электрон излучает эл/м волны, волны несут энергию, которая в свою очередь берется из кинетической энергии самого электрона, иными словами он должен был попросту упасть на ядро, а произошло бы это за ничтожно малое кол-во времени. Что такое тогда электрон?

Простейшая система, которую можно вообразить – система с двумя состояниями. Для наглядности, у настенного выключателя имеется множество показателей, такие как материал или размер, но если пренебречь всеми свойствами кроме стороны, то мы получим систему с двумя состояниями, аналогичную классическому биту информации. Если же будем рассматривать подобным образом электрон и его спин, то он так же будет системой двух состояний. К самим состояниям мы вернемся чуть позже

Что же такое спин? Вновь отталкиваясь от классической электродинамики, электрон – своего рода микроскопический магнитик. В своё время ученые задались вопросом направления оси «шарика», которым считали тогда электрон.

Опыт Штерна – Герлоха смог дал ответ на этот вопрос. Рассмотрим простую систему для этого эксперимента:

- источник квантовых частиц

- неоднородное магнитное поле ( с большей концентрацией магнитных линий у острого конца магнита )

- экран

Если бы мы запустили магнит, через магнитное поле, то в зависимости от его положения он либо притягивался к северному полюсу и отклонялся бы вверх, либо наоборот отталкивался отклоняясь вниз, а залетая в установку под углом у него были промежуточные значения. Соответственно при ориентации магнита перпендикулярно силовым линиям, магнитик попадал был точно в центр.

Какого было удивление, когда результатом эксперимента с электроном оказались только верхние и нижнее значения, что точно не описывает электрон как магнит

Было много способов визуалировать данный эксперимент, но не стоит слепо верить – у электрона нет ни формы, ни цвета ни траектории

Другие эксперименты КТ объяснили, что до тех пор, пока мы измерим положение электрона, он будет находится во всех состояниях одновременно. Это явление называется квантовой суперпозиции [2]

Вычислительная система способна принимать сразу несколько значений одновременно, поэтому перебрать все значения не составит особого труда

Насколько парадоксально не выглядела бы эта теория она работает и подтверждается экспериментально

Квантовые машины построенные на основе кубитов – компьютеры нового поколения невероятных мощностей. Мы находимся на пороге новой технологической эры. Но специалистов в этой области слишком мало

Статистика утверждает, что 0.00009% понимают квантовую механику. Да даже сам Фрейман шутил на эту тему, что никто не знает квантовую механику

Я решил провести свою статистику на основе сравнения с более популярной теорией относительности. В мой опрос вошло 140 человек возрастного диапазона от 18-до 26 лет.

Как видно из графика Квантовая теория "сдает позиции"

По моему мнению актуальность преподавания этого раздела физики очень высока.

Посмотрев статистику расходов бюджетов различных стран, я составил следующую диаграмму:

Великобритании — 400 миллионов долларов,
в США — 360 миллионов долларов,
в Китае — 220 миллионов долларов.
В переводе на доллары Россия затрачивает в 10 раз меньше последних [1]

Масштаб проблемы ставится более серьезным когда мы ообратим внимание на то, какие преимущества дают эти техноголии:

- Медицина и молекулярное моделирование, а именно создание новых лекарств и картография головного мозга

- сфера логистики и поставок

- Предотвращение финансовых проблем учитывая различные случайные сценарии

- Искусственный интеллект

- Более точное предсказание погоды (так к примеру 30% ВВП США зависит именно от нее)

Проблема квантового программирования – очень важный вопрос на сегодня. IBM уже открыли свой онлайн сервис, где каждый может разложить по полочкам квантовое программирование. Google в свою очередь выпустили квантовую песочницу

В заключении хотелось бы сказать, что Квантовая физика очень интересный радел, который объясняет факт того что в июле 2017 года ученые из Китая совершили телепортацию частицы с горы Тибет на коммуникационный спутник. В этой области каждый сможет найти что-то инетерсное для себя. А привлечения новых умов может сдать причиной появления новых специалистов, способных внести что-то новое в еще неизученный мир квантовой физики

Источники:

[1] http://rusplt.ru/zaodno/postroit-biznes-kvantovyih-32868.html

[2] https://www.youtube.com/channel/UCyeF4TqSnmLDXWk-qRWTezQ

Ричард Филлипс Фейнман - КЭД - странная теория света и вещества

Иллюстрации:

авторов Коллектив - Темная сторона материи. Дирак. Антивещество

http://zt116.ru/2017/09/bitva-tehnologij-smozhet-li-kvantovyj-kompyuter-zamenit-pk/

Код для цитирования: Скопировать