Kakšen je učinek Quantum Zeno?

The kvantni Zenov učinek je pojav v kvantna fizika kadar opazovanje delca prepreči, da bi razpadlo, kot bi bilo v opazovanju.

Ime izvira po klasičnem logičnem (in znanstvenem) paradoksu, ki ga je predstavil antični filozof Zeno iz Elea. V eni izmed bolj preprostih formulacij tega paradoksa, da bi dosegli katero koli oddaljeno točko, morate prestopiti polovico razdalje do te točke. A da bi dosegli to, morate preiti polovico te razdalje. Toda najprej, polovica te razdalje. In tako naprej... tako da se izkaže, da dejansko prečkate neskončno število razdalj na pol razdalje in zato dejansko nikoli ne morete!

Kvantni Zenov učinek je bil prvotno predstavljen v prispevku iz leta 1977 "Zenonov paradoks v kvantni teoriji" (Journal of Mathematical Physics, PDF), ki sta ga napisala Baidyanaith Misra in George Sudarshan.

V članku je opisana situacija radioaktivni delci (ali, kot je opisano v izvirnem članku, "nestabilen kvantni sistem"). Glede na kvantno teorijo obstaja dana verjetnost, da bo ta delček (ali "sistem" v določenem obdobju skozi razpad prešel v drugo stanje kot tisto, v katerem se je začel.

Vendar sta Misra in Sudarshan predlagala scenarij, v katerem večkratno opazovanje delca dejansko preprečuje prehod v stanje razpada. To vsekakor spominja na običajni idiom "gledani lonec nikoli ne vre", razen namesto zgolj opazovanja glede zahtevnosti potrpljenja je to dejanski fizični rezultat, ki ga je mogoče (in je bilo) eksperimentalno potrditi.

Fizična razlaga v kvantnem fizika je zapleten, vendar dokaj dobro razumljen. Začnimo z razmišljanjem o situaciji, kot se to običajno zgodi, brez kvantnega Zenovega učinka pri delu. Opisani "nestabilni kvantni sistem" ima dve stanji, imenujemo jih stanje A (nerazkrojeno stanje) in stanje B (razpadlo stanje).

Če sistema ne opazimo, se bo sčasoma iz nerazdelanega stanja razvil v a superpozicijo države A in države B, z verjetnostjo, da bo v obeh državah temeljila čas. Ko se opravi novo opazovanje, se bo valovna funkcija, ki opisuje to superpozicijo stanj, strnila v stanje A ali B. Verjetnost, v katero stanje se bo zrušila, temelji na pretečenem času.

To je zadnji del, ki je ključen za kvantni Zenov učinek. Če po krajšem časovnem obdobju opravite niz opazk, obstaja verjetnost, da bo sistem vklopljen stanje A med vsako meritvijo je dramatično večja od verjetnosti, da bo sistem v stanju B. Z drugimi besedami, sistem se vedno zruši v nerazdano stanje in nikoli ne preide v razpadlo stanje.

Kolikor se to sliši navidezno, je to eksperimentalno potrjeno (saj ima naslednji učinek).

Obstajajo dokazi za nasproten učinek, ki so opisani v Jimu Al-Khaliliju Paradoks kot "kvantni ekvivalent strmega v kotliček in ga hitreje zavre. Kljub temu, da še vedno nekoliko špekuliramo, takšne raziskave segajo v osrčje nekaterih najbolj globokih in morda pomembnih področij znanosti v enaindvajsetem stoletju, na primer prizadevanja za gradnjo tega, kar je imenovano a kvantni računalnik. "Ta učinek je bil eksperimentalno potrjeno.