Сергей Доронин - Квантовая магия

Гильбертово пространство (пространство состояний) — совокупность всех потенциально возможных состояний системы.

Декогеренция — физический процесс, при котором нарушается нелокальность и уменьшается квантовая запутанность между составными частями системы в результате ее взаимодействия с окружением. При этом подсистемы «проявляются» из нелокального состояния в виде отдельных самостоятельных элементов реальности, они обосабливаются, отделяются друг от друга, приобретая видимые локальные формы.

Запутанность — см . несепарабельность.

Интерференция — одно из наиболее широко известных проявлений суперпозиции состояний (например, в оптике). Интерференцией света в тонких пленках объясняется, например, радужная окраска мыльных пузырей и масляных пленок. Интерференция имеет место только для когерентных состояний. Декогеренцию (нарушение когерентности) в этом случае можно рассматривать как подавление интерференции. Каждая частица (например, фотон) интерферирует лишь сама с собой. Интерференции между двумя разными фотонами никогда не происходит, точнее, реализовать эту ситуацию на практике (экспериментально) очень сложно.

Квантовая система — это словосочетание указывает не на размер системы ( микроуровень), а на способ описания : на то, что система описывается методами квантовой теории в терминах состояний.

Квантовая теория — это описание любой системы в терминах состояний , независимо от того, велика система или мала. Такое описание является на данный момент наиболее полным из всех других известных описаний физической реальности, поэтому выводы, полученные квантовой теорией, имеют фундаментальное значение и формируют современную концепцию естествознания в целом.

Квантовый ореол (квантовое гало) — «тонкоматериальное» квантовое окружение, обволакивающее любые материальные тела. Квантовый ореол не имеет классического аналога, то есть он не может быть объяснен в рамках классической физики, и его наличие невозможно зафиксировать классическими приборами и нашими обычными органами восприятия. В квантовой физике существует большое и относительно самостоятельное направление, изучающее эти структуры (см. например, обзорную статью: Jensen A. S., Riisager K. and Fedorov D. V. Structure and reactions of quantum halos, Rev. Mod. Phys. 76, 215 2004).

Когерентные состояния (когерентная суперпозиция) — суперпозиция чистых состояний, то есть «наложение друг на друга» отдельных состояний, в которых может находиться замкнутая система. Когерентность означает согласованность поведения отдельных составных частей системы посредством нелокальных корреляций между ними.

Кубит (квантовый бит) — единица квантовой информации. В отличие от бита (единицы классической информации), который принимает только два возможных значения (0 и 1), квантовый бит может находиться в суперпозиции этих состояний.

Матрица плотности — матрица (таблица элементов), при помощи которой можно описывать как чистые состояния (замкнутые системы), так и смешанные, то есть открытые системы, взаимодействующие со своим окружением.

Нелокальность — особенность запутанных состояний, которым невозможно поставить в соответствие локальные элементы реальности. Не имеет отношения к волнам, полям, к классическим энергиям любого вида и типа. Квантоваянелокальность не имеет классического аналога и не может быть объяснена в рамках классической физики.

Нелокальные корреляции (квантовые корреляции) — специфический эффект несепарабельности (квантовой запутанности), который заключается в согласованном поведении отдельных частей системы. Это «телепатическая» связь между объектами, когда один из них ощущает другой «как самого себя». Такой «сверхъестественный» контакт удаленных объектов классической физикой не объясняется. В отличие от обычных взаимодействий, ограниченных, например, скоростью света, нелокальные корреляции действуют мгновенно, то есть изменение одной части системы в тот же самый момент времени сказывается на остальных ее частях независимо от расстояния между ними. Квантовая физика вскрыла механизм этой связи, научилась количественно описывать ее законы и постепенно начинает использовать в технических устройствах.

Несепарабельность (квантовая запутанность) — невозможность разделить систему на отдельные самостоятельные и полностью независимые составные части.

Принцип суперпозиции состояний — если система может находиться в различных состояниях, то она может находиться в состояниях, которые получаются одновременным «наложением» двух или более состояний из этого набора.

Рекогеренция — процесс, обратный декогеренции, восстанавливающий квантовую запутанность между составными частями системы.

Сепарабельность — отделимость частей системы в качестве самостоятельных и полностью независимых объектов. Возможнатолько при отсутствии взаимодействия между составными частями системы.

Система — совокупность элементов множества любой природы , подсистема — подмножество исходной системы.

Смешанное состояние (открытая система) — такое состояние системы, которое не может быть описано одним вектором состояния, а может быть формализовано только матрицей плотности.

Состояние системы — реализация при данных условиях отдельных потенциальных возможностей системы. Характеризуется набором величин, которые могут быть измерены наблюдателем, в том числе в результате самонаблюдения ( самовоздействия). Задается вектором состояния или матрицей плотности.

Спин — внутренняя характеристика частицы, не связанная с ее движением в пространстве и не имеющая классического аналога. Иногда, для наглядности, спин представляют в виде «быстро вращающегося волчка», что не совсем корректно. Для частиц со спином 1/2 пространство состояний является двумерным, и в качестве базисных состояний принято выбирать спин-вверхи спин-вниз.

Суперпозиция состояний — см . принцип суперпозиции состояний.

Чистое состояние (замкнутая система) — такое состояние системы, которое может быть описано одним вектором состояния.

Энергия — согласно фундаментальному определению этого понятия в терминах состояний, это функция состояния системы. Функция в прямом математическом смысле, то есть соответствие между множеством состояний и множеством вещественных чисел, когда каждому состоянию поставлено в соответствие одно (и только одно) значение энергии.