Kvanttitiedon alalla determinismin ja ei-determinismin käsitteellä on ratkaiseva rooli kvanttijärjestelmien käyttäytymisen ymmärtämisessä klassisiin järjestelmiin verrattuna. Kvanttitilan evoluutiolla, joka kuvaa kuinka kvanttijärjestelmän tila muuttuu ajan myötä, on selkeitä ominaisuuksia, kun sitä verrataan klassiseen tilanevoluutioon.
Klassisessa fysiikassa järjestelmän kehitys on tyypillisesti determinististä, mikä tarkoittaa, että järjestelmän alkutilan perusteella sen tuleva tila voidaan ennustaa tarkasti. Tätä determinismia hallitsevat klassiset fysiikan lait, kuten Newtonin liikelait. Sitä vastoin kvanttimekaniikka tuo kvanttitilojen evoluutioon luontaisen satunnaisuuden ja epävarmuuden tason. Tämä luontainen epävarmuus on kapseloitu superpositioon ja kvanttimittausten todennäköisyyteen.
Yksi kvanttimekaniikan perusperiaatteista on superpositio, jossa kvanttijärjestelmä voi olla olemassa useissa tiloissa samanaikaisesti. Tämä tilojen superpositio sallii kvanttijärjestelmien koodata ja käsitellä tietoa tavoilla, joita klassiset järjestelmät eivät voi replikoida. Kun kvanttijärjestelmä kehittyy, se kehittyy Schrödingerin yhtälön mukaan, joka kuvaa järjestelmän tilan muuttumista ajan myötä. Tämä kehitys on yhtenäistä, mikä tarkoittaa, että se on palautuva ja säilyttää täydellisen todennäköisyyden löytää järjestelmä missä tahansa tilassa.
Kvanttitilan evoluution ei-deterministinen puoli tulee ilmi, kun järjestelmässä tehdään mittaus. Mittattaessa järjestelmä romahtaa yhteen mahdollisista tiloistaan superpositiossa olevien tilan kertoimien määräämillä todennäköisyyksillä. Tämä mittausten aiheuttama romahdus tuo satunnaisuuden elementin kvanttimittausten tuloksiin, mikä johtaa epädeterministiseen käyttäytymiseen, joka erottaa kvanttijärjestelmät klassisista järjestelmistä.
Tämän käsitteen havainnollistamiseksi harkitse kubittia tilojen |0⟩ ja |1⟩ superpositiossa. Vaikka kubitin kehitys on determinististä Schrödingerin yhtälön mukaan, kubitin mittaus tuottaa joko |0⟩ tai |1⟩ superpositiokertoimien määräämillä todennäköisyyksillä. Tämä kvanttimittausten todennäköisyys on kvanttitilan evoluution ei-deterministisen puolen taustalla.
Kvanttitilan evoluutiolla on ei-deterministinen luonne mittausten todennäköisyyksien tulosten ja tilojen superpositiosta johtuen, mikä erottaa sen klassisten järjestelmien deterministisesta evoluutiosta. Tämän eron ymmärtäminen on olennaista kvanttitietojen käsittelyn ja kvanttilaskennan tehon hyödyntämiseksi.
Muita viimeaikaisia kysymyksiä ja vastauksia liittyen Jatkuvat kvanttitilat:
- Miksi jatkuvien kvanttitilojen ymmärtäminen on tärkeää kvanttitiedon kubittien toteuttamiselle ja manipuloinnille?
- Kuinka todennäköisyys löytää elektroni tietystä paikasta lasketaan jatkuvien kvanttitilojen yhteydessä?
- Mikä on suhde rajan, koska Delta pyrkii 0:aan ja K pyrkii äärettömyyteen, ja elektronin tilaa edustavan jatkuvan funktion Ψ(X) välillä?
- Miten elektronin tilaa kuvataan yksinkertaistetussa yksiulotteisessa mallissa ja mikä on kertoimen αsubJ merkitys?
- Kuinka kubitit voidaan toteuttaa käyttämällä vetyatomin elektronin perus- ja viritettyä tilaa?