Декогеренція.
Визначення декогеренції
Декогеренція відноситься до процесу, під час якого квантові характеристики квантової системи, такі як суперпозиція та заплутаність, знищуються або губляться. Це призводить до того, що система починає поводитися більш класично, передбачувано.
Декогеренція є природним явищем, яке відбувається, коли квантова система взаємодіє з навколишнім середовищем. Вона є великою проблемою в галузі квантових обчислень та обробки квантової інформації, оскільки обмежує можливість підтримувати та маніпулювати тонкими квантовими станами протягом тривалого часу.
Як виникає декогеренція
Коли квантова система взаємодіє з навколишнім середовищем, вона зазнає процесу, відомого як декогеренція. Ця взаємодія може бути викликана різними факторами, такими як молекули повітря, теплове випромінювання і електромагнітні поля. Ці зовнішні впливи порушують тонкі квантові стани системи, призводячи до втрати її квантових властивостей.
Процес декогеренції може бути зрозумілий через концепцію колапсу хвильової функції. Згідно з принципами квантової механіки, квантова система існує у суперпозиції множинних станів, доки її не спостерігають або не вимірюють. Проте, коли система взаємодіє з навколишнім середовищем, вона стає заплутаною з навколишніми частками, що призводить до колапсу суперпозиції в один стан. Цей колапс знищує квантові характеристики системи і призводить до класичної, передбачуваної поведінки.
Типи декогеренції
Є кілька типів декогеренції, які можуть відбуватися в квантовій системі. Серед них:
Фазова декогеренція: Відбувається, коли квантова система втрачає свою фазову інформацію через взаємодію з навколишнім середовищем. Фазова декогеренція є особливо важливою у квантових обчисленнях, оскільки квантові алгоритми rely on the interference of quantum states to achieve computational speedup.
Дисипативна декогеренція: Цей тип декогеренції виникає внаслідок постійної втрати енергії квантовою системою у навколишнє середовище. Процес дисипації енергії, такий як випромінювання фотонів або фононів, призводить до деградації квантових властивостей системи з плином часу.
Декогеренція, викликана вимірюванням: Коли квантова система вимірюється, вона взаємодіє з вимірювальним апаратом і навколишнім середовищем, що призводить до декогеренції. Цей тип декогеренції пов'язаний з колапсом хвильової функції під час вимірювання.
Застосування та вплив декогеренції
Декогеренція є значною проблемою в галузі квантових обчислень та обробки квантової інформації. Вона обмежує можливість підтримувати і маніпулювати квантовими станами, які є необхідними для виконання складних квантових обчислень та досягнення квантової переваги над класичними системами.
Вплив декогеренції виходить за межі сфери квантових обчислень. Наприклад, у квантовій криптографії декогеренція може компрометувати безпеку систем розподілу квантових ключів. Ці системи покладаються на передачу квантових станів для безпечного обміну ключами шифрування. Проте, якщо декогеренція відбудеться під час передачі, перехоплювачі можуть отримати доступ до ключа, компрометуючи безпеку зв'язку.
Запобігання та пом'якшення декогеренції
Запобігання або пом'якшення впливу декогеренції має вирішальне значення для просування квантових технологій. Ось деякі стратегії, які досліджуються:
Техніки ізоляції: Екранізація квантових систем від зовнішніх впливів є ефективним способом зменшення декогеренції. Це можна досягти створенням середовища з ультранизькими температурами та високим вакуумом для мінімізації взаємодії з молекулами повітря та іншими частками. Крім того, ізоляція системи від електромагнітних полів та вібрацій може допомогти мінімізувати декогеренцію.
Методи корекції помилок: Техніки корекції помилок можуть допомогти зменшити вплив декогеренції на квантові системи. Ці методи передбачають надмірне кодування інформації у квантові стани, що дозволяє виявляти та виправляти помилки, викликані декогеренцією. Розподіляючи квантову інформацію між кількома фізичними кубітами та виконувачуючи операції корекції помилок, можна мінімізувати вплив декогеренції.
Пов'язані терміни
- Квантова перевага: Здатність квантових комп'ютерів вирішувати задачі, які є непотрібними для класичних комп'ютерів.
- Квантова криптографія: Захищений зв'язок, оснований на принципах квантової механіки, використовуючи розподіл квантових ключів для обміну криптографічними ключами.