Porozmawiajmy o kwantowej 2.0: dlaczego musimy wyostrzyć nasz język

Superpozycja, splątanie i inne zaskakujące aspekty świata kwantowego są obecnie siłą napędową różnych przełomowych technologii. Podczas gdy „kwant 1.0” polegał na badaniu tajemnic równań falowych Schrödingera i przeprowadzaniu sprytnych eksperymentów w celu zamknięcia luk w teorii, „kwant 2.0” umieszcza najbardziej dziwaczne aspekty fizyki kwantowej w rutynowej pracy. Komputery kwantowe oparte na superpozycji, a także urządzenia szyfrujące oparte na splątaniu do komunikacji na duże odległości są obecnie wszystko stanie się technologicznie wykonalne.

Ale pomimo dynamiczny rozwój technologii kwantowej, jedną rzeczą, która się nie zmieniła, jest nieporęczny i sprzeczny z intuicją język, którego używamy do mówienia o wszystkich rzeczach kwantowych. Chociaż rzeczywistość splątania i superpozycji nie budzi żadnych uzasadnionych wątpliwości, opisywanie ich słowami jest równie szalone jak zawsze. Zjawiska kwantowe jest dziwne, ale to nie znaczy, że powinniśmy zadowalać się dziwnym językiem do ich opisu.

Od samego początku mechaniki kwantowej Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg i inni starali się zrozumieć tę nową, nieklasyczną fizykę kwantową 1.0. Ich walka dotyczyła luki między tym, jak mówimy o zjawiskach, a tym, jak spotykamy się z nimi w laboratorium. Luka ta została stworzona przez niedoskonały język metaforyczny, wciąż w dużej mierze używany do charakteryzowania zjawisk nieklasycznych.

Chociaż rzeczywistość splątania i superpozycji nie budzi żadnych uzasadnionych wątpliwości, opisywanie ich słowami jest równie szalone jak zawsze

Pojęcie „splątania” nie może nie przywoływać dwóch (lub więcej) oddzielnych rzeczy splecionych razem, ale w jakiś sposób również rozdzielonych, jak splątane motki przędzy. Jeśli chodzi o „superpozycję”, przywołuje obraz chmury różnych stanów tuż przed tym, jak jakaś zewnętrzna przyczyna wybierze jeden stan, podczas gdy inne znikną. Albo pomyśl o terminach i wyrażeniach, takich jak „pole”, „ścieżka”, „ingerencja w siebie”, „załamanie funkcji falowej” lub „foton, który cofa się w czasie”. Istnieje duża przepaść między tym, co jest przedstawiane, a zjawiskami, które one opisują.

Liczy się język

Fizycy zwykle mają wystarczająco mocną intuicyjną kontrolę nad tym, co się dzieje, gdy są zanurzeni w swoim rzemiośle, że generalnie nie przejmują się tymi terminami, nawet jeśli czasami wciąż są tajemnicą. Jednak w kwantowej 2.0, z jej wkrótce powszechnymi urządzeniami i przyszłymi aplikacjami, powinniśmy uważać, jak używamy języka, który odziedziczyliśmy po kwantowej 1.0. Są dwa powody.

Pierwsza to przejrzystość. Jeśli naukowcy nie potrafią wprost opisać, jak działają te urządzenia i aplikacje, sprawia to, że wydają się one tajemnicze i nie z tego świata. Upiorny i sprzeczny z intuicją język sprawia również, że naukowcy wydają się kapłanami, namaszczonymi jednostkami, które łączą się z zaświatami. Jeśli fizycy nie potrafią wyrazić rzeczy językiem zrozumiałym dla innych, oznacza to, że żaden język nie ma sensu, albo fizycy nie mogą znaleźć takiego, który to rozumie, albo zmyślają. To ostatecznie zachęca do sceptycyzmu i zaprzeczania nauce, a także do akceptacji analfabetyzmu naukowego.

Drugi powód jest praktyczny. Znalezienie odpowiedniego języka dla efektów kwantowych może pomóc uniknąć nieporozumień podczas opracowywania technologii kwantowych 2.0. Złe metafory mogą sprawić, że pewne rodzaje urządzeń – telefony kwantowe, urządzenia do teleportacji ludzi – wydają się bardziej prawdopodobne fizycznie niż są. Z drugiej strony zbyt dosłowne traktowanie metafor – zbytnie przycinanie wyczarowanych przez nie obrazów – może skierować myślenie projektantów w złym kierunku. Lepsze zdjęcia rzeczywistości pomogą zaplanować lepsze eksperymenty w celu jej zbadania.

Kiedy fizycy i filozofowie zdają sobie sprawę, że dzielą szlachetną prawdę

Słowo "splątanie", na przykład, jest dobrym sposobem mówienia o fizyce kwantowej w pewnych obszarach, kiedy możemy opisać zachowanie w kategoriach cząstek. Ale nie możemy myśleć o dyskretnych stanach energii w polu zbyt dosłownie jako o cząsteczkach; to znaczy niezależne od siebie. Aby to zrobić, potrzebny byłby mechanizm ich zależności. To z kolei wymagałoby innych metafor, takich jak funkcja falowa będąca w stanie „wybrać” swoje stany, co z kolei wymaga albo efektów nielokalnych, albo komunikacji nadświetlnej.

Jeśli chodzi o „superpozycję”, jest to również metafora, która sprawdza się w pewnych sytuacjach, takich jak te, w których wydaje się, że możliwości istnieją jednocześnie. Sugeruje to jednak, że istnieje rodzaj „pojemnika możliwości” – jak elektron w studni potencjału – który pojawia się tylko w skali kwantowej. To z kolei implikuje, że zjawiska kwantowe i klasyczne są oddzielone wyraźną granicą, a nie różnicą stopnia. Metafora jest zatem trudna do zastosowania do, powiedzmy, makrocząsteczek, cieczy kwantowych lub fluktuacji kwantowych w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury, gdzie te dwa krwawią do siebie.

Punkt krytyczny

Bohr słynnie utrzymywał, że nie możemy stworzyć dosłownego obrazu zjawisk kwantowych, co stanowi przeszkodę pozornie nie do pokonania dla precyzyjnego języka. Nie miał jednak na myśli, że powinniśmy porzucić próbę stworzenia języka, który naprawdę i naprawdę rozumiemy, który dokładnie opisuje to, z czym się spotykamy. Bohr usilnie walczył o stworzenie języka, który pogodzi specyfikę zjawisk kwantowych ze zwykłym językiem używanym do opisywania sytuacji eksperymentalnych. Nie ma jednak powodu sądzić, że niemożliwe jest stworzenie języka, który z powodzeniem opisuje zjawiska kwantowe.

Nie ma powodu sądzić, że niemożliwe jest stworzenie języka, który z powodzeniem opisuje zjawiska kwantowe

QBizm to jedna próba Język QBist łączy zasoby prawdopodobieństwa bayesowskiego i teorii informacji kwantowej, aby traktować przygotowywanie układów kwantowych nie jako wybieranie obiektów podobnych do fal lub cząstek, ale szkicowanie probabilistycznej oceny wyników pomiarów dla użytkownika. Zamiast widzieć, powiedzmy, foton o nieznanej polaryzacji jako „dokonujący wyboru” co do swojej polaryzacji po przestrzeleniu przez kryształ kalcytu, podejście QBist traktuje wynik jako „aktualizacje” w naszych „informacjach o systemie”.

Ten język zapewnia ujednolicony opis, ale nie nalega, aby foton był „podobny do cząstki” lub „podobny do fali”. Nie wszyscy fizycy są zadowoleni z QBizmu i być może nie jest to jedyne takie podejście do charakteryzowania zjawisk kwantowych. Ale każda alternatywa dla QBism będzie musiała pomóc nam zobaczyć, co jest naprawdę zagadkowe w mechanice kwantowej, bez utknięcia na poprzednich charakterystykach zagadek. Jeśli taka próba się powiedzie, naprawdę jesteśmy na progu kwantowej 2.0.

Robert P (kliknij link poniżej, aby zobaczyć pełną biografię) jest kierownikiem Wydziału Filozofii Uniwersytetu Stony Brook w USA. Jennifer Carter jest wykładowcą filozofii w Stony Brook, gdzie Gino Elia jest doktorantem

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/lets-talk-about-quantum-2-0-why-we-need-to-sharpen-up-our-language/