Gibt es eine "natürliche" Überlagerung von Teilchen?

Beim Studium der Grundlagen von Quantencomputern bin ich auf Hadamard-Gatter gestoßen und habe gelernt, dass diese Gatter verwendet werden, um Qubits in Superposition zu bringen, was bedeutet, dass diese Qubits gleichzeitig 0 und 1 sind. Ich habe auch gelernt, dass Superposition sehr anfällig für äußere Einflüsse ist und schnell "zerstört" werden kann.

Angesichts dessen, dass Superposition so fragil erscheint: Existiert sie natürlich? Gibt es Teilchen, die sich über einen längeren Zeitraum überlagern?

Bei Photonen lassen sich Überlagerungen leichter aufrechterhalten als beispielsweise bei einem Kern in der NMR. Wie ein Kommentator sagte, ist die Dekohärenzbasis für ein System wichtig. Jetzt ist die Verschränkung etwas kniffliger, kann aber auch durchgeführt und aufrechterhalten werden, obwohl sie in "natürlichen" Umgebungen weniger häufig vorkommt.

Antworten (4)

Eines der häufigsten Missverständnisse, die Menschen haben, die mit QM beginnen, ist zu glauben, dass sich ein System entweder in einem Überlagerungszustand befindet oder nicht. Tatsächlich ist die Überlagerung nur relativ zu einer bestimmten Basis definiert (z. B. den Eigenzuständen einiger Observablen).

Befindet sich ein System relativ zu einer Basis in einem Superpositionszustand, so ist es immer möglich, eine Basis zu definieren, wo dies nicht der Fall ist, und umgekehrt.

So befindet sich beispielsweise ein Teilchen mit einem bestimmten Ort in einer Überlagerung von Impulszuständen oder einem Spin, der relativ zu dem nach oben zeigt z Richtung ist in einer Überlagerung von oben und unten relativ zu der x oder j Richtungen.

Ich wollte fast dasselbe sagen. Während es einfach ist, eine Basis zu finden, bei der ein Zustand eine Überlagerung ist, ist es nicht unbedingt einfach, eine Basis zu finden, bei der dies nicht der Fall ist, es sei denn, Sie definieren die Basis einfach in Bezug auf den Zustand. Außerdem ist es "umgekehrt".
Dies ist eine gute Antwort. Vielleicht wäre es eine bessere Frage, es in Bezug auf die Dekohärenzbasis für ein System zu spezifizieren.
Wenn der Hamiltonian H hat nur einfache Eigenwerte, die Ihnen eine spezielle Basis geben. Vielleicht gab es eine implizite Annahme dieser oder einer ähnlichen Grundlage?
Aus diesem Grund hatte ich das Gefühl, dass QM mit ein wenig Mathematik sofort verständlicher wird. Sobald Sie die Grundlagen abstrakter Vektorräume verstanden haben, erhalten Sie kostenlos viel Intuition über die erste Quantisierung. Und ich habe das Gefühl, dass die meisten "Seltsamkeiten" einfach verschwinden.
Erwähnenswert ist vielleicht, dass es einige Fälle gibt – wie das neutrale Kaon – wo es eine Basis gibt, die das dominante Verhalten des Systems erklärt. Sicher kann man sagen "Nun, das Kaon befindet sich nur in einer Überlagerung, wenn man es von einer bestimmten Basis aus betrachtet", aber es wird immer noch zwei Zerfallsverhalten zeigen.

Ja, überlagerte Zustände sind allgegenwärtig. Beispielsweise sind die Elektronen in einem Molekül nicht lokalisiert; dies ist eine Form der Überlagerung. Siehe Chemical Bonding as a Superposition Phenomenon für Details und auch diesen Blogbeitrag für eine Präsentation dieser Ideen.

Das kanonische Beispiel sind wahrscheinlich Neutrino-Oszillationen , bei denen die Flavor-Eigenzustände eine Überlagerung der Masse-Eigenzustände sind, was dazu führt, dass Neutrinos während der wechselwirkungsfreien Evolution den Flavor ändern. Der experimentelle Nachweis und die daraus resultierenden Konsequenzen wurden 1995 mit dem Nobelpreis für Physik anerkannt .

  1. Ich denke, Sie fragen nach der Quantenüberlagerung der Zustände der quantenmechanischen Eigenschaft eines Teilchens.

  2. Natürlich sprechen die Leute normalerweise davon, dass sich das Teilchen selbst in einer Überlagerung befindet, aber gemäß QM sprechen wir normalerweise davon, dass sich die QM-Eigenschaft des Teilchens in einer Überlagerung befindet, zum Beispiel seine Wellenfunktion

  3. Sie können über die Überlagerung der QM-Eigenschaft des Teilchens sprechen, so dass sich der Teilchenspin entlang der x-Achse in einer Überlagerung von Zuständen befindet

  4. ja du hast recht, die superposition existiert natürlich. Auf der anderen Seite, wenn Sie über Verschränkung sprechen, existiert diese normalerweise absichtlich, weil wir verschränkte Teilchen erzeugen (es könnte auch auf natürliche Weise passieren, aber normalerweise nicht). Aber wir erzeugen nicht absichtlich Teilchen mit Superposition. Superposition ist natürlich, weil sie besagt, dass für alle linearen Systeme die Nettoantwort die Summe von jedem ist. Das ist natürlich in jedem linearen System vorhanden. Daher überlagern sich die QM-Eigenschaften der Partikel bis zur Messung. Ihre Frage also, ob sie lange existieren, ja, ein stabiles System, das nicht zerfällt, wird in einer Überlagerung existieren, bis es gemessen wird.

Gibt es eine "natürliche" Überlagerung von Teilchen?
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