Mecánica cuántica en su procesador: Computación cuántica

No mucho después [Hitler] llegó al poder en Alemania, su partido aprobó leyes que prohibían a ciertos descendientes de judíos ocupar cargos académicos en universidades alemanas. Esto ha tenido el efecto de sacar a la luz a muchas de las personas más inteligentes del país, incluidas [Albert Einstein]. Einstein se instaló en su nuevo hogar en Princeton y comenzó a buscar jóvenes matemáticos inteligentes con quienes trabajar, ya que todavía tenía un hueso para elegir. [Niels Bohr] y su teoría cuántica. No pasó mucho tiempo antes de que conociera a un estadounidense, [Nathan Rosen] y ruso, [Boris Podolsky]. El trío pronto plantearía al mundo un desafío directo que golpearía el núcleo mismo de la definición de realidad de la teoría cuántica. Y a diferencia de los desafíos anteriores, este no sería rechazado tan fácilmente por [Bohr].

¿Necesitas ponerte al día? Puede verificar Complementariedad y Tunelización y Transistores, pero eso es solo un trasfondo opcional para entender la Computación Cuántica.

El argumento de EPR

El 4 de mayo de 1935, el New York Times publicó un artículo titulado "Einstein Attacks Quantum Theory", que ofrecía un resumen no técnico de la [Einstein-Podolsky-Rosen] papel. Haremos algo similar.

En las condiciones adecuadas, un rayo gamma, que es solo una onda electromagnética de muy alta frecuencia, puede convertirse en un par electrón-positrón. Un positrón es la partícula opuesta del electrón. Tiene la misma masa que un electrón, pero

Titular del New York Times

carga y columna opuestas. Si las dos partículas se tocan, volverán al rayo gamma. Es una prueba básica de E = mc². Pero lo que nos interesa es el par electrón-positrón. Debido a que se formaron a partir del mismo rayo gamma, se dice que las dos partículas están involucradas. Intermedio significa que el cambio a uno afectará al otro. Ahora bien, según la teoría cuántica, no se puede conocer el estado de una partícula antes de que se observe y el proceso de observación destruirá otros estados. Por ejemplo, si observamos con precisión la posición de nuestro electrón, destruimos la información sobre su impulso. ¿Qué influencia tendrá la observación del electrón sobre el positrón? Recuerde que los dos elementos están involucrados. Lo que le suceda a uno afectará al otro. Si observo la posición del electrón, entonces el positrón ya no puede considerarse en un estado no observado. La observación resultará en un colapso de la función de onda. Debido a que las dos partículas están involucradas, comparten la misma función de onda. Sin ingresar los detalles, el argumento EPR se puede resumir de la siguiente manera:

Al medir la posición A OR impulso del electrón, podemos saber que el positrón posee una posición o impulso. Y podemos saber esto sin observar directamente el positrón. La teoría cuántica niega que podamos hacer esto. Y si las cosas no pudieran ponerse más raras, esto será cierto independientemente de la distancia entre los elementos. Si crea un par de positrones de electrones involucrados y envía el positrón a la galaxia más cercana, no cambia nada. Cuando observa el electrón, la función de onda colapsa para ambas partículas. Inmediatamente. Einstein diría que tal "acción fantasmal muy lejana", como él dijo, es inconsistente con la relatividad especial y su límite de velocidad cósmica.

[Bohr’s] La respuesta al Argumento EPR se puede resumir de la siguiente manera:

¿Sí y qué? Sin embargo, no puede realizar tal medida. Entonces no cuenta. *** sopla frambuesa ***

Dos cajas, pelota y gato

[Einstein] Detestaba el artículo del New York Times y toda la atención que atraía. [Bohr’s] una respuesta era predecible y no daba una nueva luz a la paradoja. Expresó sus frustraciones con varias cartas personales entre ellos y [Erwin Schrodinger] - un compañero oponente de la interpretación de Copenhague de la física cuántica e inventor de la mecánica ondulatoria. En una de las cartas, resumió sus sentimientos sobre la teoría en un simple experimento mental:

Erwin Schrodinger 1887-1961.

Suponga que tiene dos cajas. Cada caja tiene una tapa. Quitar la tapa y mirar dentro de una caja se considera una observación. En una de las cajas hay una pelota. Hay una probabilidad de 50:50 de que la pelota esté en la primera casilla. La pregunta es: ¿es esta una descripción completa? ¿Podemos conocer más información? Las respuestas pueden sorprenderte.

A) No, no es una descripción completa. De ninguna manera podemos predecir con certeza en qué caja se encuentra la pelota, y debemos usar probabilidades.

B) Sí, es una descripción completa. La pelota existe en un estado predeterminado y no en ambas casillas. Abrir la tapa provoca que la bola se materialice en una de las cajas. Varias pruebas mostrarían que encontraríamos la pelota exactamente el 50% del tiempo. La descripción de la caja antes de abrir la tapa es válida solo en probabilidad. No hay razón para buscar una descripción más detallada.

Einstein mostró lo absurdo de la (entonces) visión actual de la teoría cuántica en una escala macro. No podría haber sabido que acababa de plantar una semilla en una mente tan brillante como la suya. Una semilla que pronto se convertirá en una de las mayores paradojas de toda la historia de la humanidad: [Schrodinger’s] Kato.

Computación cuántica

En la década de 1930, solo era posible hablar sobre lo que podría suceder si realizaba el Experimento A y la Observación B. A medida que pasaba el tiempo y la tecnología avanzaba, era posible poner a prueba algunos de estos pensamientos.

experimentos, incluida la participación cuántica. Y hasta ahora, la evidencia sugiere que [Einstein] estaba mal. Parece que la descripción de la pelota en los dos recuadros estaba realmente completa. Por absurdo que parezca, es cierto. En el mundo cuántico, el árbol que cae no suena. La participación cuántica es una realidad probada matemáticamente experimentalmente, y las partículas involucradas de alguna manera están unidas fuera del reino del tiempo y el tiempo. La pregunta es: ¿podemos usarlo en nuestro beneficio?

¿Recuerda el par electrón-positrón? Cada uno comparte un puñado de características opuestas, incluido un giro. Deje que una vuelta sea igual a "uno" y la otra a "cero". Si cambiamos el espín del electrón, el espín del positrón cambiará, inmediatamente. ¿A dónde podemos ir con esto?

Cuando una partícula (u onda) está en un estado no observado, se dice que está en superposición. Lo que significa que tiene las propiedades de onda y partícula. La acción de observación determinará a quién se manifestará. Sea una onda igual a uno y una partícula igual a cero. En un estado superpuesto, es uno y cero. A eso lo llaman kvbit.

Epílogo

Se debería notar [Schrodinger’s] Cat sigue siendo una paradoja sin resolver. Si bien la teoría cuántica actual y su mecánica cuántica continúan firmes cuando se prueban con experimentos, existen algunos problemas filosóficos serios con ella.

Dice así. Se coloca un gato en una caja con un contador Geiger, una sustancia radiactiva, un frasco de veneno y un Arduino. La vida media de la sustancia radiactiva se conoce de tal manera que existe un 50% de probabilidad de que un átomo se desintegre en una hora. Si un átomo se desmorona, el contador Geiger le dirá al Arduino que rompa el frasco de veneno y mate al gato. Si ningún átomo se desmorona, el gato vive.

La teoría cuántica dice que la acción del átomo que se desintegra o no se desintegra no se puede conocer antes de realizar la observación. Entonces, el gato vive y muere simultáneamente, el resultado final se determina con solo mirar dentro de la caja. El acto de observar colapsa la función de onda y el átomo es forzado a un estado destrozado o no destrozado.

Qué [Schrodinger] Hizo con esta paradoja muy cruel para insertar el mundo cuántico y sus leyes en el macro-mundo. Destaca el hecho de que el "colapso de la función de onda", una base de la teoría cuántica, es un postulado. ¿Quién puede saber cuándo está colapsando la función de onda? ¿Por qué no puede ser el medidor que mide la radiación? ¿Por qué tiene que ser de un observador consciente? Si de hecho es el observador, se puede argumentar que alguien está observando al observador; y verá al observador encontrar un gato muerto el 50% del tiempo, y un gato vivo el 50% del otro. ¿Quién está mirando a ese observador? ¿Dios? Un quirófano, ¿podría haber dos realidades ... dos universos, uno donde vive el gato y otro donde muere?

Aún queda mucho por decir sobre la teoría cuántica. Nadie conoce el límite donde termina la teoría cuántica y comienza la mecánica clásica. De hecho, es muy útil para predecir resultados de experimentos. Pero, ¿es una verdadera descripción de la realidad? [Michio Kaku] tiene algunas palabras que invitan a la reflexión, como se puede escuchar en el video de 2.5 minutos a continuación.

Artículos en el Mecánica cuántica en su procesador grave:

    • Complementariedad
    • Túneles y transistores
    • Computación cuántica
    • Fuentes:

      La historia cuántica, de Jim Baggott. Capítulos 16 y 17 ISBN-978-0199566846

      • Chorro de agua dice:

        "Y Arduino"

        ¿En serio?

        • Mike Szczys dice:

          Vamos, aquí está la explicación más reciente de esto que he escuchado en mucho tiempo. ¡Decir ah!

          • Chorro de agua dice:

            Curiosamente, sin embargo, el uso de Arduino probablemente afectaría la relación 50/50 ya que, conceptualmente, el Arduino tiene muchas partes móviles. Algunos de los cuales podrían verse afectados por factores externos (o incluso posiblemente internos), como piezas que se vuelcan por radiación o defectos directos del hardware.

            En otras palabras, sería posible que Arduino no funcionara correctamente (en software o hardware) y ambos se iniciarían accidentalmente o fallarían.

            Podríamos hacer esto aún más confuso agregando una computadora a la mezcla. O incluso un hombre.

            • murdock dice:

              Creo que una probabilidad del 50% todavía funciona con la paradoja

            • Jehú dice:

              Es por eso que haces la caja sellada del universo exterior. Nada dentro o fuera hasta que abra la tapa.

          • ROBÓ dice:

            Con Arduino, extiende el punto de observación humana al entorno cuántico estéril, ya que Arduino está limitado por la programación con un número fijo de expectativas predeterminadas. Ahora bien, si usaste 555 ...

        • Vendedor ambulante de fotones dice:

          ¿Tiene que ser específicamente un producto Arduino LLC o Arduino SRL? ¿O eso se hará evidente solo después de que abras la caja?

          • darronb dice:

            La descripción trata sobre la superposición de todos los dispositivos posibles (clones, etc.) que una persona podría llamar anecdóticamente 'Arduino'. Lo sabrá solo cuando abra la caja.

          • jwcrawley dice:

            No. ¡Era un clon de China!

            • Gravis dice:

              ¿China clona gatos? ¡eso es increíble! 🙂

        • John dice:

          Gracias por no ser una computadora con Windo $ e. Entonces, todas las apuestas estarían inactivas.

          • RoboMonkey dice:

            ¡La pantalla azul de la muerte se lleva a otra víctima!

            • Jehú dice:

              pero de nuevo, puede detener el proceso y no liberar el veneno ... el 50% de las veces. ¿Sería entonces una pantalla azul de la vida?

        • La Estupendo dice:

          ¡Por supuesto! ¡Los arduinos se utilizan para todo!

          (Ahora haz un letrero de 'Geiger + liberación de veneno' y conviértete en millonario ...)

          • Depositar dice:

            O ser procesado en un caso de derechos de los animales.

      • russdill dice:

        "Si cambiamos el giro del electrón, el giro del positrón cambiará inmediatamente". Esta es una forma realmente mala de explicar la teoría cuántica y lleva a la gente a pensar que puede usarse para la comunicación FTL. La paradoja de EPR no implica cambiar la columna vertebral de nada, solo implica medirlo. Y el detalle importante es el ángulo en el que se mide la columna. Independientemente del ángulo que elija medir, si mide la rotación hacia arriba en esa dirección, la medición de la otra partícula en esa dirección produce una medida de rotación. Al elegir adecuadamente sus ángulos de medición, puede usar las desigualdades de Bell para demostrar que no existen variables ocultas.

        • russdill dice:

          El video de Michio Kaku también es muy molesto. La observación confluente y el hombre no se apoyan en absoluto en nada y se contradicen con pruebas. El experimento de la doble rendija se puede transformar en ondas y no en ondas mediante métodos de observación que no tienen nada que ver con un observador humano.

          • Bob Alexander dice:

            Estoy de acuerdo en que este es un video molesto. La calculadora geiger podría ser un "observador" suficiente. Quizás cualquier movimiento de información desde el nivel atómico al nivel macroscópico tenga el efecto de colapsar la onda.

            No puedo afirmar que entiendo todos los experimentos que hacen para QM, pero no veo cómo se les ocurriría un experimento para determinar cuándo ocurre el colapso de la onda porque un humano necesita mirar los resultados finales del experimento. ¿Cómo pudiste probar que el colapso ocurrió antes de que el hombre mirara el resultado?

            • russdill dice:

              La navaja Occam es la forma más sencilla de acceder a ella. No hay razón para incluir la conciencia, entonces, ¿por qué insertarla? Además, la afirmación de que un observador consciente es algo especial que no puede ser duplicado por otras interacciones de partículas cuando el observador consciente mismo consiste en partículas parece ser un argumento a favor del dualismo.

            • Dax dice:

              "Quizás cualquier movimiento de información desde el nivel atómico al nivel macroscópico tiene el efecto de colapsar la onda".

              Tal vez no. Ese es el número más grande en la explicación "clásica" y popularizada de QM. Ignoran el hecho de que el propio observador es un sistema QM.

        • inakizi dice:

          Totalmente de acuerdo. Pero ni siquiera creo que una gama de rayos se transforme en un par de positrones de electrones. Que yo sepa (IANAP) lo contrario es la descripción correcta. Un electrón que choca con un positrón en realidad emite un par de fotones gamma exactamente a 180 grados entre ellos y Quantum Intermezclados. Ese es el principio detrás de los escáneres PET

          • Es Sweatman dice:

            Fotones de rayos gamma sería un término mejor, supongo.

      • Vili Volčini dice:

        Acerca del gato Schrodinger, ¿no es eso realmente intuitivo? Quiero decir que no puedes saber si un gato está vivo o muerto antes de verificar el estado ... ¿por qué es una paradoja?

        ¿No puedes saber si hace frío afuera a menos que lo compruebes? Tienes que observarlo primero.

        ¿Alguien puede explicarme por qué esto es una paradoja?

        • russdill dice:

          Es más un experimento mental y no una paradoja. El punto del experimento mental es que si el gato se comporta como un sistema cuántico, y abrir la caja se comporta como una medida, entonces la teoría cuántica dice que el gato es una superposición de vivo y muerto en esa medida. El hecho de que el gato experimente que la realidad está viva y muerta, y luego de repente una de esas realidades desaparece, no es necesariamente una paradoja, sino una clara ruptura con la forma en que muchas personas piensan sobre la realidad. De hecho, mantener un sistema cuántico tan grande como un gato en una caja en alguna superposición para algo más que la más mínima división de tiempo es imposible.

          Es un experimento mental basado en la paradoja EPR.

          • Marvin dice:

            Eso, pero es una paradoja que, si bien nadie realmente tuvo el problema de que una partícula subatómica se encuentre en una superposición de estados, nadie hubiera tomado a un gato en serio. Schrodinger utilizó una reducción al absurdo. Mostrar algo lógicamente sigue, lo cual es ridículo, pero en lugar de vaciar la teoría, no le gustó, se convirtió en la explicación que todos usan.

            Sigue siendo una paradoja que esto no sucede para los sistemas reales y no sabemos cómo ni por qué.

            • russdill dice:

              Está claro por qué no sucede con los sistemas reales. La probabilidad de que un evento provoque un colapso es en realidad 1. La cosa no está clara, si tuvieras un vacío ideal y un objeto grande en el cero absoluto, ¿qué tan grande podrías hacerlo y aún tenerlo en una superposición? Ponemos algunos objetos bastante grandes en una superposición en comparación con el tamaño del átomo, pero ¿hay un límite?

              http://arxiv.org/abs/quant-ph/0306072

            • Dax dice:

              "Sigue siendo una paradoja que esto no sucede en los sistemas reales y no sabemos cómo ni por qué".

              Está muy claro por qué: al superponer un gato vivo / muerto, la versión viva no es consciente de la versión muerta.

              Es muy posible que seamos una superposición de muchos estados, pero cada estado contiene solo la información de ese estado en particular y no de los demás. Por lo tanto, sea cual sea el estado que quede en el resultado final, si la función de onda alguna vez colapsa a algún estado en particular, parecerá que todo ha sido siempre como es.

              El problema con la reducción ad absurdum es que no hay nadie que realmente pueda ver o experimentar al gato muriendo y viviendo mientras eso sucede. Para el gato, y para los observadores fuera de la caja, el gato siempre está vivo o muerto, independientemente de si las dos opciones pueden ser simultáneas.

        • Ren dice:

          El gato murió, nadie abrió la caja durante unos 80 años para darle agua o alimentarlo.

      • Palanqueta dice:

        El tarro de veneno no se romperá por sí solo, de ahí la necesidad de un Arduino

        • Trevor dice:

          Quién necesita veneno cuando tienes un arduino .....

      • Alex Hornstein dice:

        ¡Vamos, esto es un la-tecnologia! Ciertamente, hay una mejor manera de matar a este gato. El veneno es tan de 1900. Una bobina de tesla cantada o un conjunto de condensadores de alto voltaje eliminarían mucho mejor la infestación de gatos en nuestra caja que de otro modo estaría intacta. ¿Y un contador geiger? Más como una cámara web de buena voluntad de $ 5 con su filtro eliminado, que no solo dice * si * una partícula golpea el sensor, sino también la distribución espacial. Todo funciona con beaglebone green, que hicimos en casa, después de fotografiar la versión de presentación de Seeed en la feria de fabricantes de Shenzhen, rediseñada para corregir algunos errores y producida en nuestro armario con acrílico, ropa y algo de hidrofluorado. ácido (usaremos azufre, pero gran parte de esto lo dejamos nosotros en el trabajo en la fábrica de semiconductores y era gratis).
        De hecho, la cosa funcionó bien hasta que el perro desató el sistema y la memoria en el eMMC integrado se corrompió, y ahora ya no comenzará a funcionar. Qué nota tan útil para nuestros lectores: siga esta publicación de ayuda del usuario de la-tecnologia neelzBohr87 para ver cómo configurar su sistema como una computadora incorruptible de solo lectura.

        Donde hemos estado Oh, sí, el sistema ya no funcionará, ahora estamos trabajando en un proyecto de programa de radio y sale un mal olor de la caja. ¡Ciencias!

        • RoboMonkey dice:

          ¡Olvidaste soltar el micrófono y salir del escenario!

        • chimenea dice:

          ¡Gracias por entretenerme!

      • Jim Dahlberg dice:

        ¿La combinación opuesta de Arduino / Geiger no hace la observación y luego mata o no al gato? ¿Eso significa que Arduino está al tanto? Por supuesto, el Arduino podría ser reemplazado por cualquier otro detector tonto. Entonces, ¿por qué se necesita un observador consciente? Digo que si un electrón golpea un objeto, la función de onda colapsará. El árbol que cae en el bosque suena, o menos filosóficamente crea ondas de compresión de aire.

        ¿Qué pasa si dejo al gato en la caja durante 24 horas y luego abro la caja? ¿Cuáles son las posibilidades de que el gato esté vivo? Lo suficientemente bajo, por lo que lo único desconocido es realmente cuándo murió el gato.

        • Es Sweatman dice:

          Insinúas uno de los defectos que Schrodinger trató de exponer. ¿En qué punto de la medición colapsa la función de onda?

      • RoGeorge dice:

        jajaja

      • Lorenzo dice:

        "Al medir la posición A OR del momento del electrón, podemos saber que el positrón posee una posición o momento. Y podemos saber esto sin observar directamente el positrón. La teoría cuántica niega que podamos hacer esto". La teoría cuántica NIEGA A TIAN AINGON . Por supuesto, puede conocer la posición o el momento de un positrón sin observarlo directamente, simplemente prepárelo para un estado adecuado de tal observable. Esto es exactamente lo que hace el experimento mental de EPR. Esta es una explicación muy MENOR del argumento EPR.

        • Es Sweatman dice:

          Sigue del libro de referencia, página 144, segundo párrafo:

          "... aunque no hemos realizado ninguna medición en la partícula B después de su separación de la partícula A, podemos establecer la realidad de su posición o el momento de las mediciones que elegimos realizar en A, que, por definición, no molestan a B . La interpretación de Copenhague niega que podamos hacer esto ".

          • russdill dice:

            Sin el contexto, es realmente difícil entender qué punto están tratando de exponer. Y el resumen lo empeora.

            https://books.google.com/books?id=OjlsAwAAQBAJ&pg=PA144

            Una explicación mucho más fácil de entender de EPR es sobre el giro de las partículas. Si el artículo de la-tecnologia y este hilo son solo un montón de basura para cualquiera, eche un vistazo a esto:

            • Es Sweatman dice:

              Este video es más amplio que la explicación del libro al que se hace referencia y mi resumen del mismo. Usamos la posición y el impulso de dos partículas involucradas, tal como lo hizo el documento EPR. Es un experimento mental. Si desea hacer el experimento en la vida real, entonces está usando un giro o fase o cualquier propiedad relacionada que se le ocurra.

            • Un dron dice:

              Ese video es mucho más fácil de capturar, en mi opinión. Gracias por agregar el enlace.

      • Al Williams dice:

        ¿No viola esta publicación la voluntad de Godwin? 😉

      • Brett dice:

        Además de hacer clic, que fue la razón para mencionar [hitler]?

      • Liam Jackson dice:

        Los físicos piensan en matar gatos, los psicólogos en realidad lo hacen, ¡con macetas!

        De todos modos, espero con ansias mi alcance inalámbrico sin fin con giro 802.11 (se toman qys).

        • Cknopp dice:

          ¡Un sombrero viejo! ¡Espere hasta que la nueva unidad em se utilice para la transferencia de datos FTL!

        • steves dice:

          Sí, y los economistas hacen esto tirando gatos por la ventana y midiendo el rebote.

      • alf dice:

        Hombre, no sabía que Bohr hizo estallar una Raspberry Pi.

        • Ren dice:

          El suyo fue el primero, se necesitaron muchos años para construir el segundo.

      • neon22 dice:

        La función de onda no colapsa. No hay confusión. No podemos separarnos de ser también parte del sistema cuántico (observación).
        Las Historias Consistentes son capaces de definir la mecánica cuántica y resolver todas estas paradojas y ser el mismo resultado que la interpretación de Copenhague pero sin el Observador.
        Le animo a que mire / compre el libro (sin pruebas matemáticas) llamado Quantum Philosphy de Omnes http://amzn.to/1Jl5ZXX o lea sobre este enfoque y la inconsistencia aquí: http://plato.stanford.edu/entries / qm -istent-stories / o en wikipedia, por supuesto 🙂

      • Un dron dice:

        El gato de Schrodinger en HaD = [Schrodinger’s] Kato

        • Tomás dice:

          Solo si es Shrodinger.

      • Marcha dice:

        Sin embargo, se puede decir positivamente que después de un período de tiempo, una persona que deja de fumar permanecerá en cualquier estado, independientemente de la observación, por un período de tiempo indefinido. El gato, por otro lado, morirá con seguridad, independientemente de si la caja se abre, se cierra o se transforma en una galleta.

      • irlandesa dice:

        Gracias [Will Sweatman] para esta madriguera de conejo muy profunda ...

      • zorro dice:

        Habiendo luchado a través de varias clases de mecánica cuántica, a menudo me siento consternado por las elecciones de palabras que la gente hace sobre las ecuaciones de onda. Parecen actuar como si las ecuaciones mismas estuvieran involucradas en la causalidad. A ocurre -> cambios en la ecuación de onda -> se observa B. Creo que estoy en tierra firme cuando digo que no hay hechizos matemáticos que puedan definir una cosa en el mundo real, sin embargo, está involucrado únicamente en la causalidad. La matemática existe en su propia esfera, independientemente de la realidad, lo que la hace útil para modelar esa realidad. Una vez que comienzas a confundir el modelo con la realidad, no solo violas los conceptos de la filosofía científica, sino que tienes la opción de engañarte por completo. Creo que los elementos de los experimentos son mucho menos paradójicos que muchos de los propios físicos. Saben menos de lo que piensan.

Ricardo Prieto
Ricardo Prieto

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.