0

Өмнөх 3 цувралаар квант механикийн үндсэн ойлголтууд, шинэ нээлт, шийдэгдээгүй асуудлыг тайлбарласан билээ. Энэ удаад квантын ертөнцийн нэгэн нууцлаг асуудал болох Quantum superposition ойлголтын талаар товч өгүүлэх болно.

Квантын ертөнцийг нээснээс хойш Макс Планк, Н.Боор, В.Хейзинберг нарын эрдэмтэдийн ачаар квант механикийг тайлбарлаж, янз бүрийн шинэ туршилт хийж баталж байв. Гэвч нэг асуудал гарлаа. Энэ нь тодорхойгүй нөхцөл байдал буюу магадлалын учир шалтгааныг олох явдал байв.

Эрвин Шрёдингер (1887-1961)

Австрийн физикч, квант механикийг үндэслэгчийн нэг Э.Шрёдингер нь 1926 онд электрон бол долгионы чанартай гэсэн санаан дээр тулгуурлан квант механикийн математик үндэс болсон “дифференциал тэгшитгэл”-г гаргажээ. Хэт жижиг микро биетийн төлөвийг тайлбарлахдаа Э. Шрёдингер “долгионы функц” гэдэг ойлголтыг физикийн ШУ-нд анх удаа оруулсан нь сонгодог механикт Ньютоны хуулиудын гүйцэтгэсэн үүрэг шиг атомын зүй тогтлыг тайлбарлахад чухал нөлөө үзүүлсэн байна.

Schrodinger cat

Э.Шрёдингерийн алдарт сэтгэхүйн жишээ болох  “Шредингерийн муур”-ны жишээгээр Quantum superposition-г тайлбарласан байна. Энэ нь электрон нь олон байрлалд нэгэн зэрэг байж болох магадлалаар тайлбарлагдана.  Хайрцагт нэгэн муурыг хийгээд хажууд нь шилэн капсулд хортой шингэн байрлуулья. Хайрцагны гаднаас муур үхсэн, эсвэл амьд байгаа эсэхийг мэдэх боломжгүй. Хайрцгийг нээж үзээгүй энэ үед муур superposition төлөвт (үхсэн болон амьд гэсэн төлөвт нэгэн зэрэг) байна гэж үзжээ.

Харин хайрцгийг нээж үзэх үед үхсэн эсвэл амьд гэсэн төлөвийн аль нэг нь тодорхойлогдоно. Өөрөөр хэлбэл “ажиглалт хийх хүртэл бөөмсийн шинж чанарыг тодорхойлох боломжгүй” юм.

Энэүү магадлалыг мөн казиногоор тайлбарлья. Хэрэв та рулетийн аль нэг нүдэнд 100 долларын бооцоо тавьбал хэзээ хожихыг мэдэхгүй. Гэхдээ 36 удаа бооцоо тавихад та 1 удаа л хожих магадлалтай. Харин олон мянган удаа тоглоход нийлбэр дүнгээр казиногийн тал заавал илүү олон хожсон байна. Казино тоглоомын үр дүнг тодорхой мэдэх шаардлагагүй. Гэхдээ хэр зэрэг өндөр магадлалтайгаар таныг хожиж чадахаа төсөөлж чадна. Үүнтэй адил орчлонгийн бүхий л матери тодорхой байдалд бус “магадлалд” захирагдаж байгааг квант механикийн онол нотолдог юм.

Бүхий л орчлонг магадлалаар тайлбарлах боломжгүй гэж үзэх хүмүүсийн нэг нь Эйнштэйн байсан юм. Харьцангуйн онолоор алдаршсан түүний хувьд юмс буюу материйн шинж чанарыг тохиолдлын чанартай гэх нь итгэмээргүй зүйл байсан тул “бурхан хэзээ ч шоо хаядаггүй юм” хэмээн хэлж байжээ.  Гэвч электрон болон бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн магадлалыг найдвартай тодорхойлж байсан тул олонхи эрдэмтэд квант механикийг дэмжиж байлаа. Тухайлбал хос нүхний туршилтын үед электрон нь дэлгэц хүртлээ орон зайн аль хэсэгт оршин байгааг тодорхойлох боломжгүй байсныг бид мэднэ.

Зөвхөн ажиглалтаар л байрлал тодорхой болно. Бөөмийг ажиглаж, түүний байрлалыг хэмжих үед түүнээс бусад байрлалд байх магадлал үгүй болж, бөөм ажигласан байрлалд тодорхойлогдоно гэсэн үг. Өөрөөр хэлбэл магадлал төдий байсан бөөмийн байрлалыг ажиглах, хэмжих гэсэн үйлдэл шийднэ.

Qubit

Superposition төлөвийн хамгийн ойрын жишээ бол квант компьютер юм. Уламжлалт компьютерын мэдээллийг илэрхийлэх хамгийн бага нэгж bit байдаг бол квант компьютер нь мэдээллийг qubit-р илэрхийлдэг.

Эгэл бөөмс болох фотон, электрон аль нь ч qubit байж болно. Ердийн компьютерын bit нь нэг цаг хугацаанд 0 эсвэл 1 гэсэн төлөвийн аль нэгт байж чадна. Харин qubit нь 0 болон 1 гэсэн төлөвт нэгэн зэрэг(superposition) байх боломжтой юм.  Уламжлалт компьютерт мэдээллийг bit-д 1 эсвэл 0 гэсэн тодорхой утгатайгаар хадгалдаг. Bit ийн утгыг шалгахад утга нь өөрчлөгдөхгүй. Тэгвэл qubit нь bit шиг утгыг шууд илэрхийлдэггүй, түүний оронд 1 болон 0 байх магадлалыг агуулдаг. Үүнийг квантын superposition төлөв гэж ойлгоно.

Хос нүхний туршилтаар хэмжих үйлдэл хийхгүй бол магадлалын долгион гэх босоо шугамуудыг харуулж байсан, үүнтэй адил хэрэв qubit ямар утга агуулж байгааг хэмжих юм бол superposition төлөв үгүй болж тухайн үед хэмжсэн утга үлдэнэ. Тиймээс квант qubit нь утгыг магадлалаар хэмжинэ. Энгийнээр тайлбарлавал төөрдөг байшингаас гарах гарцийг олох даалгавар гүйцэтгье. Уламжлалт компьютер боломжит бүх тохиолдлыг “нэг бүрчлэн” шалгаад хариуг гаргана, харин qubit нь superposition төлөвт байх учир бүх гарцийг нэгэн зэрэг шалгаж шууд утгыг нь тооцоолон гаргах юм. Гайхалтай биш гэж үү

Квант механик бол маш сонирхолтой шинжлэх ухааны cалбар бөгөөд одоогоор бидний энэхүү боломжийг ашиглаж буй байдал бол ердөө мөсөн уулын орой төдий юм. Квант механик нь бидний мэдэх бүх зүйлийг орвонгоор нь өөрчлөх бүрэн боломжтой.

 

0