4.1.3. Superpoziție cuantică
Aceasta
este proprietatea unei particule de a exista in toate starile posibile
simultan, atata timp cat nu este observata. Prezenta unui observator restrange
toate aceste posibilitati la una singura.
Suna
destul de ciudat. Ca sa intelegem mai bine acest fenomen, vom porni de la
infamul exemplu al Pisicii lui Schrodinger. In 1935, acesta a propus un
experiment in care o pisica este inchisa intr-o cutie, impreuna cu o fiola de
cianura si o mica cantitate de substanta radioactiva. Este necesara
dezintegrarea unui singur atom din respectiva substanta, pentru a activa un
mecanism ce va sparge fiola de cianura. Probabilitatea ca respectivul atom sa
se dezintegreze in decurs de o ora este de 50%. Astfel, in lipsa unui
observator, pe parcursul celor saizeci de minute, respectiva particula exista
in continuare si este dezintegrata in acelasi timp. Viata pisicii intra si ea
in superpozitie, depinzand de starea atomului. Care este concluzia? In lipsa
unui observator, pisica este atat vie cat si moarta in acelasi timp.
Presupun
ca este destul de greu de crezut, mai ales stiind ca experimentul este
teoretic. Totusi, aceasta proprietate a fost (partial) demonstrata inca de la
inceputul secolului nouasprezece, de savantul Thomas Young. Este cunoscut ca “experimentul
celor doua fante”.
Un
ecran este plasat in spatele unui zid cu doua fante. Daca am lansa spre ecran
bucatele de materie obisnuita (particule), pe acesta s-ar vedea doua fasii, sub
forma celor doua fante. Totusi, imaginea aparuta se va schimba in cazul unei
unde (ganditiva la un val). Daca trimitem o unda printr-o singura fanta,
imaginea de pe ecran va avea punctul maxim de luminozitate pe centru, aceasta
scazand odata ce ne apropriem pe margine (01210 ; cifrele denota gradul de
intensitate al luminii). In schimb, daca trimitem o unda prin doua fante, cele
doua noi unde rezultate isi vor anula reciproc punctele de maxima si minima intensitate
a luminii. Astfel, modelul de pe ecran va fi sub forma unor linii paralele, ce
variaza alternativ ca intensitate (012101210...). Acesta se numeste model de
interferenta.
Acum
vom vedea modul in care acest experiment dovedeste superpozitia. Cand Young a
facut acest experiment, a dovedit ca lumina creaza un model de interferenta,
asemenea unei unde. Totusi, o suta de ani mai tarziu, Einstein a descoperit ca
lumina este formata din particule numite fotoni. Oamenii de stiinta s-au gandit
ca fotonii interactioneaza intre ei, creand modelul specific undei. Asa ca au
inceput sa traga foton cu foton. In acest mod, particula n-ar mai fi avand cu
ce sa interactioneze. Rezultatul a fost insa uimitor: modelul de interferenta a
ramas. Care este atunci concluzia? Particula a trecut prin toate fantele
posibile (niciuna, prima, a doua, amandoua odata) in acelasi timp, ea existand
in toate variantele posibile, interactionad astfel cu ea insasi, sau mai bine
spus cu restul posibilitatilor sale. Totusi, cand a fost plasat un observator
(pentru a determina prin ce fanta trece fotonul), modelul de pe ecran a fost
cel caracteristic particulelor: doua linii paralele, avand forma celor doua
fante. Care este motivul colapsarii functiei de unda a particulei intr-o
singura varianta? Insasi prezenta observatorului.
Aceasta
este cea mai mare problema ce sta in fata realizarii unui calculator cuantic
care sa le depaseasca pe cele traditionale. Daca putem afla o singura valoare,
in ciuda posibilitatii de-a efectua operatii asupra tuturor variantelor, ce
putem face cu un astfel de calculator mai bine decat cu unul clasic? Pe scurt,
algoritmii folositi returneaza un rezultat cat mai probabil sa fie corect. El
poate fi verificat usor ca solutie pe un calculator clasic. De asemenea, algoritmul
poate fi rulat de mai multe ori, crescand astfel substantial sansa unui raspuns
corect.
Pana
sa analizam algoritmii care rezolva aceasta problema, voi raspunde altei
intrebari: “Cum putem transmite informatia?” . Raspunsul ne este oferit de
proababil cel mai ciudat fenomen al fizicii cuantice:
