Quantum Nugget #17 — Κβαντική Συνοχή
Όρος της ημέρας
Quantum coherence
Ελληνικά: Κβαντική συνοχή
Μια κβαντική υπέρθεση δεν είναι απλώς ένας κατάλογος δυνατών καταστάσεων.
Οι καταστάσεις που τη συνθέτουν διατηρούν μεταξύ τους μια ακριβή μαθηματική σχέση, η οποία ονομάζεται σχετική φάση.
Αυτή η σταθερή και ελέγξιμη σχέση φάσης είναι η καρδιά της κβαντικής συνοχής.
Τι είναι η φάση;
Φαντάσου δύο κύματα.
Αν οι κορυφές τους φτάνουν μαζί, μπορούν να ενισχύσουν το ένα το άλλο.
Αν η κορυφή του ενός συναντήσει την κοιλάδα του άλλου, μπορούν να εξασθενήσουν ή ακόμη και να ακυρωθούν.
Αυτό εξαρτάται από τη σχετική τους φάση.
Σε μια κβαντική υπέρθεση δύο καταστάσεων μπορούμε συμβολικά να γράψουμε:
|ψ⟩ = a|0⟩ + b eiφ|1⟩
Η γωνία φ εκφράζει τη σχετική φάση. Όσο αυτή η σχέση διατηρείται, τα πλάτη πιθανότητας μπορούν να συμβάλουν με προβλέψιμο τρόπο.
Η συνοχή, επομένως, δεν σημαίνει απλώς ότι υπάρχουν πολλές δυνατότητες. Σημαίνει ότι οι δυνατότητες διατηρούν μεταξύ τους τη λεπτή σχέση που επιτρέπει την εμφάνιση της συμβολής.
Πώς χάνεται η συνοχή;
Ένα κβαντικό σύστημα δεν βρίσκεται συνήθως μόνο του. Αλληλεπιδρά με το φως, τη θερμότητα, τα μόρια του αέρα, τις δονήσεις και αμέτρητους βαθμούς ελευθερίας του περιβάλλοντος.
Μέσα από αυτές τις ανεξέλεγκτες αλληλεπιδράσεις, η πληροφορία της σχετικής φάσης διασκορπίζεται στο περιβάλλον.
Για το σύστημα που μελετούμε, η δυνατότητα παρατήρησης συμβολής μειώνεται ή χάνεται.
Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αποσυνοχή (decoherence).
Η αποσυνοχή δεν σημαίνει ότι η κβαντική θεωρία έπαψε ξαφνικά να ισχύει.
Σημαίνει ότι η λεπτή κβαντική σχέση έγινε πρακτικά απρόσιτη, επειδή το σύστημα συνδέθηκε με πάρα πολλά στοιχεία του περιβάλλοντός του.
Γιατί έχει σημασία;
Η κβαντική συνοχή είναι απαραίτητη για:
- την εμφάνιση συμβολής,
- τον ακριβή έλεγχο κβαντικών καταστάσεων,
- τη λειτουργία των qubits,
- την κβαντική υπολογιστική,
- και πολλές εφαρμογές κβαντικής μέτρησης και επικοινωνίας.
Ένα qubit πρέπει να διατηρήσει τη συνοχή του αρκετά ώστε να ολοκληρωθούν οι απαιτούμενες κβαντικές πράξεις.
Γι’ αυτό οι ερευνητές απομονώνουν προσεκτικά τα κβαντικά συστήματα, μειώνουν τον θόρυβο και αναπτύσσουν μεθόδους διόρθωσης σφαλμάτων.
Ο χρόνος για τον οποίο διατηρείται αυτή η πολύτιμη σχέση ονομάζεται χρόνος συνοχής.
Τα χρυσά κύματα της εικόνας είναι ποιητικό σύμβολο μιας σταθερής σχέσης φάσης. Δεν αποτελούν ορατά κβαντικά κύματα που διασχίζουν το δωμάτιο.
Κράτα αυτό:
Η κβαντική συνοχή δεν είναι η απλή συνύπαρξη πολλών
καταστάσεων.
Είναι η διατήρηση της σχέσης ανάμεσά τους.
Όταν η σχέση παραμένει, οι δυνατότητες μπορούν να συμβάλουν.
Όταν η πληροφορία της φάσης διασκορπίζεται στο περιβάλλον, η συμβολή χάνεται.
Η μουσική γέφυρα
Δύο μουσικοί μπορεί να παίζουν σωστές νότες και παρ’ όλα αυτά να μη δημιουργούν ένα ενιαίο άκουσμα.
Χρειάζεται να διατηρούν ρυθμό, χρονισμό και σχέση.
Η μουσική συνοχή δεν είναι κβαντική συνοχή. Ο παραλληλισμός είναι μόνο ποιητικός.
Μας βοηθά, όμως, να νιώσουμε κάτι ουσιαστικό:
Δεν αρκεί να υπάρχουν τα μέρη.
Πρέπει να διατηρείται και η σχέση που τους επιτρέπει να δημιουργήσουν ένα φαινόμενο μεγαλύτερο από την απλή παράθεσή τους.
Η κβαντική συνοχή είναι η μνήμη αυτής της σχέσης.
Και η αποσυνοχή αρχίζει όταν η σχέση δεν καταστρέφεται αναγκαστικά, αλλά σκορπίζεται τόσο μακριά μέσα στον κόσμο, ώστε δεν μπορούμε πια να την ακούσουμε.
Η ποιητική γέφυρα
Η κβαντική συνοχή δεν αποτελεί θεωρία για την ανθρώπινη αρμονία και δεν αποδεικνύει ότι μπορούμε να προστατεύσουμε τη ζωή μας από κάθε εξωτερική επίδραση.
Μας προσφέρει, όμως, μια λεπτή εικόνα:
Δεν αρκεί να υπάρχουν όλα τα απαραίτητα μέρη. Σημασία έχει και η σχέση που διατηρούν μεταξύ τους.
Μια μελωδία δεν γεννιέται επειδή συγκεντρώσαμε τις σωστές νότες.
Γεννιέται όταν οι νότες συναντηθούν με τον κατάλληλο ρυθμό, στη σωστή διάρκεια και μέσα σε μια σχέση που τους επιτρέπει να σχηματίσουν μουσική.
Κάπως έτσι, ένα ανθρώπινο έργο μπορεί να διαθέτει γνώση, έμπνευση, χρόνο και προσπάθεια, αλλά να χάνει τη μορφή του όταν όλα αυτά τραβούν προς διαφορετικές κατευθύνσεις.
Συνοχή δεν σημαίνει ότι όλα γίνονται ίδια.
Σημαίνει ότι τα διαφορετικά μέρη παύουν να αλληλοαναιρούνται και αρχίζουν να υπηρετούν έναν κοινό σκοπό.
Κι όταν ο θόρυβος απειλεί να διαλύσει αυτή τη σχέση, ίσως χρειάζεται να επιστρέψουμε στην απλούστερη ερώτηση:
Αυτό που σκέφτομαι, αυτό που λέω και αυτό που πράττω εξακολουθούν να οδηγούν προς την ίδια κατεύθυνση;
Επιστημονική αναφορά: Η κβαντική πληροφορία βασίζεται σε υπερθέσεις με καθορισμένη σχέση φάσης, οι οποίες είναι ευάλωτες στις αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον· η σχέση συνοχής και αποσυνοχής παρουσιάζεται από την American Physical Society .
