Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępności
Logo OpenStax
Fizyka dla szkół wyższych. Tom 3

Wstęp

Fizyka dla szkół wyższych. Tom 3Wstęp
Ilustracja 7.1 Procesor kubitowy opracowany przez firmę D-Wave – mózg komputera kwantowego, który wykorzystuje bity kwantowe do wykonywania złożonych obliczeń. Jest on oparty na nadprzewodzących złączach Josephsona. Złącze Josephsona to układ nadprzewodnik–izolator–nadprzewodnik, cechujący się nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową. Źródło: D-Wave Systems Inc.

Treść rozdziału

Wstęp

Mechanika kwantowa jest potężnym narzędziem pomagającym w zrozumieniu ruchu i oddziaływań obiektów o niewielkich rozmiarach, takich jak atomy czy cząsteczki. Powstała w 1925 roku i do tej pory trwają dyskusje, czy jest ona teorią fundamentalną. Mechanika kwantowa wyjaśnia otrzymywane wyniki eksperymentalne. Jej podstawy często na pierwszy rzut oka wydają się dziwne i nieintuicyjne, bo przeczą faktom wynikającym z mechaniki klasycznej, z jaką mamy do czynienia w otaczającym nas świecie. Codzienne doświadczenia i związane z nimi prawa fizyki nie są w stanie wprowadzić nas w zagadnienia mechaniki kwantowej (według której na przykład moglibyśmy siedzieć jednocześnie na dwóch bardzo odległych krzesłach). Założeniem tego rozdziału jest wprowadzenie czytelnika do tego niezwykle interesującego świata. Na Ilustracji 7.1 pokazano procesor komputera kwantowego. To urządzenie jest mózgiem nadprzewodzącego komputera kwantowego, który pracuje w temperaturach bliskich zera bezwzględnego ( T = 0 ⁢ K = -273,15 ⁢ °C T = 0 ⁢ K = -273,15 ⁢ °C T = 0 \si{\kelvin} = \SI{-273,15}{\degreeCelsius} ), a więc poniżej temperatury ciekłego helu ( T = 4,2 ⁢ K = -268,95 ⁢ °C T = 4,2 ⁢ K = -268,95 ⁢ °C T = \SI{4,2}{\kelvin} = \SI{-268,95}{\degreeCelsius} ). W odróżnieniu od komputerów cyfrowych, które zapisują informacje za pomocą systemu binarnego (zera lub jedynki, czyli q = 0 q = 0 q=0 lub q = 1 q = 1 q=1 ), komputery kwantowe używają w tym celu bitów kwantowych (ang. quantum bits), zwanych kubitami (ang. qubit), będących stanem mieszanym zera i jedynki (na przykład dany stan jest w 30⁢%30⁢% \SI{30}{\percent} logicznym zerem i w 70⁢%70⁢% \SI{70}{\percent} logiczną jedynką). W tym sensie zachodzi tutaj analogia do klasycznej logiki rozmytej, gdzie nie ma jednoznacznego stanu zera lub jeden. Taka sytuacja zachodzi na przykład dla sztucznej sieci neuronowej rozpoznającej symbole w zakłóconym obrazie, w przypadku której nigdy nie ma pewności, iż rozpoznany element jest prawidłowo zidentyfikowany. Wówczas stan rozpoznania może wynosić q=0,7q=0,7 q=\num{0,7} (wartość prawdopodobieństwa). Aby odróżnić stany klasyczne (bity) od stanów kwantowych (kubitów), warto odwołać się do Ilustracji 7.2. Tutaj stan kubitu jest przedstawiany w postaci punktów leżących na powierzchni trójwymiarowej sfery o stałym promieniu r r r . Położenie tych punktów jest określone za pomocą kątów θ θ \theta i φ φ \varphi . Do opisu kubitu (jednostki kwantowej informacji) używamy dwóch liczb rzeczywistych, a nie jednej liczby naturalnej, jak w klasycznym bicie (jednostce klasycznej informacji).

Ilustracja 7.2 Stan kubitu jest opisywany za pomocą trójwymiarowej sfery o środku w punkcie x = y = z = 0 x = y = z = 0 x=y=z=0 (sfera Blocha), o stałym promieniu r r r (zazwyczaj ustalamy r = 1 r = 1 r=1 ) i wyznaczają go kąty θ θ \theta oraz φ φ \varphi . Kolory czerwony i niebieski odpowiadają stanom o wartościach q = 0 q = 0 q=0 albo q = 1 q = 1 q=1 . Linia brązowa oznacza stan z logiki rozmytej, gdzie q q q należy do 0101 \langle 0, 1 \rangle.
PoprzedniaNastępna
Cytowanie i udostępnianie
Ponowne wykorzystanie i redystrybucja tej treści w formacie cyfrowym lub drukowanym:
  • Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania dużych modeli językowych ani w żaden inny sposób przetwarzany przez duże modele językowe lub rozwiązania generatywnej sztucznej inteligencji bez uprzedniej pisemnej zgody OpenStax Poland.
  • Ten podręcznik jest wydany na licencji Uznanie autorstwa (CC BY), co oznacza, że możesz ponownie wykorzystywać i modyfikować materiał wyłącznie w celach niekomercyjnych, musisz uznać autorstwo OpenStax Poland oraz musisz rozpowszechniać wszelkie utwory zależne na tej samej licencji.
  • Jakikolwiek komercyjny druk tego podręcznika, w tym z wykorzystaniem lokalnej lub niestandardowej drukarni, wymaga zgody OpenStax Poland oraz podania odpowiedniego cytowania.
  • Obrazy, aktywności, testy i podobne elementy tego podręcznika objęte prawami autorskimi OpenStax Poland podlegają tej samej licencji – CC-BY-NC-SA. Mogą być wykorzystywane w celach niekomercyjnych z uznaniem autorstwa. Użycie komercyjne wymaga zgody.
  • Prośby o zgodę: Każdy, kto zamierza włączyć tę treść (w tym tekst, obrazy i inne elementy) do dużych modeli językowych, wykorzystać ją w rozwiązaniach opartych na sztucznej inteligencji, użyć jej komercyjnie (w tym w druku) i/lub ma pytania dotyczące innego przypadku użycia, może skorzystać z naszego formularza wniosku o ponowne wykorzystanie.
Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej w celach niekomercyjnych, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym w celach niekomercyjnych, dla każdej strony zawierającej treści OpenStax musisz udostępnić utwór zależny na tej samej licencji CC-BY-NC-SA co oryginał oraz na każdym widoku strony umieścić informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/1-wstep
Cytowanie

Poniższe informacje zawierają dane potrzebne do utworzenia cytowania w większości głównych stylów (APA, MLA itp.); musisz przeformatować i zorganizować te informacje zgodnie z wymaganiami danego stylu. Jeśli chcesz zacytować tę książkę, skorzystaj z dostępnych narzędzi do tworzenia wpisów bibliograficznych, jak np.: ten.

© 21 wrz 2022 OpenStax Poland. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY). Nazwa OpenStax Poland i OpenStax, logo OpenStax Poland i OpenStax, okładki OpenStax Poland iOpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo, jak również nazwa i logo Rice University oraz powiązane znaki towarowe i słowne, nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.