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La parte imaginaria de la mecánica cuántica realmente existe

Comúnmente se asumió que números complejos, es decir, aquellos que contienen un componente numérico imaginario y (i cuadrado da como resultado menos uno) son solo un truco matemático. Sin embargo, un equipo de científicos polaco-chino-canadiense ha demostrado que la parte imaginaria del la mecánica cuántica se puede ver en acción en el mundo real, informa el Centro de Nuevas Tecnologías de la Universidad de Varsovia.

Nuestras nociones intuitivas sobre la capacidad de los números para describir el mundo físico requieren una revisión significativa. Hasta ahora parecía que solo los números reales estaban asociados con cantidades físicas mensurables. Sin embargo, ha tenido éxito Estados cuánticos de fotones entrelazados para encontrar que no se puede distinguir sin recurrir a números complejos. Además, los investigadores llevaron a cabo un experimento que determinó el significado de números complejos para la la mecánica cuántica bestätigt

Fuente de la imagen: Pixabay

La investigación fue realizada por el equipo del Dr. Alexander Streltsov del Centro de Tecnologías Ópticas Cuánticas (QOT) de la Universidad de Varsovia con la participación de científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) en Hefei y la Universidad de Calgary (UCalgary). Los artículos que describen la teoría y las mediciones están en Physical Review Letters y Revisión física A aparecido.


En física, se consideraba que los números complejos eran de naturaleza puramente matemática. Aunque juegan un papel fundamental en las ecuaciones de la la mecánica cuántica jugar, fueron tratados simplemente como una herramienta, algo que facilitó los cálculos de los físicos. Hemos probado teórica y experimentalmente que existen Estados cuánticos allí que solo bajo la indispensable participación de números complejos pueden diferenciarse ", comenta el Dr. Streltsov.
Los números compuestos están formados por dos componentes, reales e imaginarios. Son de la forma a + bi, donde a y b son reales. El componente bi es responsable de las propiedades específicas de los números complejos. El papel clave lo juega el número imaginario i. El número i es la raíz cuadrada de -1 (por lo tanto, si lo cuadráramos, obtendríamos menos uno).

En el mundo físico, es difícil imaginar algo que pueda estar directamente relacionado con el número i. Puede haber 2 o 3 manzanas sobre la mesa, esto es normal. Si quitamos una manzana, podemos hablar de un defecto físico y describirlo por el entero negativo -1. Podemos cortar la manzana en dos o tres partes y así obtener equivalentes físicos de los números medibles 1/2 o 1/3. Si la mesa fuera un cuadrado perfecto, su raíz cuadrada diagonal (la inconmensurable) del número 2 sería más larga que su lado. Al mismo tiempo, a pesar de las intenciones más sinceras, es imposible poner manzanas en el número i de la mesa.

La sorprendente carrera de los números complejos en física está relacionada con el hecho de que con su ayuda todo tipo de Vibraciones Se puede describir mucho más convenientemente que con las funciones trigonométricas comunes. Por tanto, los cálculos se realizan con números compuestos y al final solo se tienen en cuenta los números reales que aparecen en ellos.

Comparado con otras teorías físicas, el la mecánica cuántica algo especial porque tiene que describir objetos que pueden comportarse como partículas en determinadas condiciones y como ondas en otras. La ecuación básica de esta teoría, que se acepta como postulado, es la ecuación de Schrödinger. Describe los cambios en el tiempo de una determinada función, la llamada función de onda, que está asociada con la Distribución de probabilidadpara encontrar el sistema en este o aquel estado está relacionado. En el Ecuación de Schrödinger sin embargo, hay un número imaginario explícito i justo al lado de la función de onda.
Durante décadas ha habido un debate sobre si ser o no consistente y completo la mecánica cuántica se puede generar solo con números reales. Por eso decidimos Estados cuánticos que solo se pueden distinguir entre sí con números complejos. El momento crucial fue un experimento en el que creamos estos estados y verificamos físicamente si eran distinguibles o no ", dice el Dr. Streltsov, cuya investigación fue financiada por la Fundación de Ciencias de Polonia.


El experimento que jugó el papel de números complejos en mecánica cuántica verificado, se puede representar en forma de juego entre Alice y Bob con la participación del maestro del juego. Usando un dispositivo con láseres y cristales, el maestro del juego une dos fotones en uno de dos Estados cuánticoscuya distinción requiere necesariamente el uso de números complejos. Luego envía un Photon a Alice y la otra a Bob. Cada uno mide su fotón y luego se comunica con el otro para determinar las correlaciones existentes.


Suponga que las medidas de Alice y Bob solo pueden tomar los valores 0 o 1. Alice ve una secuencia sin sentido de ceros y unos, como Bob. Sin embargo, cuando se comunican, pueden hacer conexiones entre las medidas correspondientes. Si el DJ te ha enviado un estado correlacionado, si uno ve el resultado 0, el otro también lo hará. Si tienes uno estado anti-correlacionado recibido, Alice mide 0, para Bob será 1. Con mutuo consentimiento, Alice y Bob podrían distinguir nuestros estados, pero solo si los suyos. Naturaleza cuántica es fundamentalmente complejo, dice el Dr. Streltsov.
Para la descripción teórica se utilizó un enfoque que se denomina Teoría de los recursos cuánticos es conocida. El experimento en sí con la diferenciación local de entrelazados Estados de dos fotones se llevó a cabo en un laboratorio de Hefei utilizando técnicas de óptica lineal. Los estados cuánticos preparados por los investigadores resultaron ser distinguibles, lo que demuestra que los números complejos son una parte integral e indistinguible de la mecánica cuántica.
El logro del equipo de investigación polaco-chino-canadiense es fundamental, pero tan profundo que puede traducirse en nuevos Tecnologías cuánticas podría derribar. En particular, explorar el papel de los números complejos en la la mecánica cuántica puede ayudar a reducir las fuentes de eficiencia Computadoras cuánticas Comprender mejor las máquinas calculadoras cualitativamente nuevas que pueden resolver ciertos problemas a velocidades inalcanzables para las computadoras clásicas, según el anuncio.