量子論
深追いするつもりはないので、とりあえず素人でもわかる直感的説明を探す
ある物理量が任意の値を取ることができず、特定の離散的な値しかとることができない、すなわち量子化を受けるような全ての現象と効果を扱う学問である。粒子と波動の二重性、物理的過程の不確定性、観測による不可避な擾乱も特徴である
この一文だけで全く意味がわからんwsta.icon
任意の値取れないってどういうこと?
たとえば温度を例にすると、「13.6777℃という値を得ることは決してできません」「なぜかは知らないですが、この世は13.67777という値を許さないようにできているのです」みたいな感じ?
よくわからんが物理通用せん
量子の世界は、原子や分子といったナノサイズ(1メートルの10億分の1)あるいはそれよりも小さな世界です。このような極めて小さな世界では、私たちの身の回りにある物理法則(ニュートン力学や電磁気学)は通用せず
ホース細くしたら水がまっすぐ飛ぶあれをビームと呼ぶらしい
量子ビームとは、光子や中性子などの量子を細くて強いビームに整えたものです。
小さいビームを撃つことで小さい単位でいじれる
専用施設でビームを細く絞り強度を増した量子ビームは、モノに当たることで、原子や分子サイズといった微小な世界への扉を開きます。
波という「状態」の説明から入っている
海水が物質。波は状態。
原子よりでかいと、↑のように区別できる
小さい世界だとできないらしい
よくわからんが、たとえば電子は「状態」らしい
波でいう海水にあたるものが存在しないらしい
わからんsta.icon
いや、そこに「在る」んだから物質じゃない?
ただめっちゃ小さいってだけで
そういうものだ、と受け入れるしかない?
どの原子も、内部的には電子の数が違うだけ
水素ヘリウムリチウムはマクロでみたら全然違う物質なのに、ミクロで見たら電子の数が違うだけなんだぜ?言うてる
数が違うだけでいろんな性質のモンをつくれる。それが量子。
原子の部品が電子です。 同じ電子なのに、それがいくつ結びつくかの差だけで、あらゆる種類の原子を作れます。 このような特異な性質をもった部品のことを「量子」と呼びます。 その「量子」の物理法則なので、「量子力学」といいます。
入力 → 箱 → 出力というモデルで説明している
A → 箱 → Aみたいに、入れたものと同じのが出てくるケースがある
このようなAを固有状態と呼ぶ
固有状態は、箱の本質を表すと言える
で、波動関数の話が出てくるんだけど、よーわからん
入力出力箱でたとえると、電子と波動関数はどこになるねん?sta.icon
あった
https://gyazo.com/e6963dbe4c7dce4b5f22b63215931900
ん???
入力が関数?何?プログラミングの話をしている?wsta.icon
引数に関数ポインタを指定しますみたいな
一言でいえば、「固有状態である波動関数を探すのが量子力学」なのです。
https://gyazo.com/52bae9913489516c9fd8114ac14d9a0b
だめだ、全然ピンとこないンゴ
たぶん波の性質を無理やり関数モデル(入力、箱、出力)でたとえてるからよくわからんことになっている?sta.icon
要するに「関数」みたいに導出過程を完璧に記述しきれるものではない何かがあるってことか
世の中のすべてが「原因→法則→結果」の図式に従っているわけではなくて、「固有状態→作用素→固有状態」という形式の系も存在するということです。
そして、固有状態は作用素の本質を表します。 作用素自体ではなくて、作用素の「本質」を表すというところが重要です。
で、その何かを使うことで「答え合わせ」だけはできる
……って言われてもまだ全然ピンと来ねえsta.icon
むずすぎて死ぬsta.icon
ガチで勉強しないとダメなやつ
よっぴーさんが面白くて吹きそうになる
今までの感覚だとまったくもって意味不明な動きをするんです。だからこそ『じゃあ、量子はどういうルールで動いてるんだ』っていうのを調べる必要がありますよね。それが量子力学です」
そうか、今のsta.iconの知識も「マクロな世界で通用していた体系」にすぎないわけか
だから「もう一つ別のルールがあるんやで」言われてもピンと来ることができない
二重スリット実験
スプレーでふっかけると | | になる
が、光でやるとなぜか | | | | | みたいな縞模様になる
電子を一発ずつ撃ってもなぜか縞模様になる
じゃあスリットのどっち通るんや、ってことでセンサーつけると
「センサーで観測したら、さっきまで見えていた縞模様が消えて、砂で実験した時のように2本線が出るんですよ」
たしかにまじで意味わからん、つかお前俺たちのこと見えとるやろって感じやんなsta.icon
おそらく触っている(干渉)といううことらしい
「それは、カメラの電磁波が作用して、とかじゃなくてですか?」
「はい。でも、それだけでは説明がつかないようです。未だに良く分かっていません。ただし、観測するということは見るために『触る』必要があります。これは『手で触る』ということではなく、例えば、目で見る時も光がその物質に触れてないと見えませんよね? その『触る』という影響が災いして量子は、『あ、今見られている』って気付いてしまうということです」
カメラで観測した場合、どういう触り方になるんだろうな?sta.icon
量子テレポーテーション
量子二つに分けたら、どんなに離れていてもお互い瞬時に「見られた!」と気づけるらしい
量子コンピュータ
そうです。0と1を使って計算するのが今までのコンピュータなんですが、量子は0と1が重なり合った状態なので両方の可能性を同時に扱えるんですよ。例えば素因数分解する時って、普通に計算する時は2で割って3で割ってってやっていきますけど、量子コンピュータだと2で割った状態も3で割った状態も重なり合って中に入れることができる」
「で、フタを開けて結果を観測すると答えが出ているっていうのが量子コンピュータの基本的な概念です」
あ、一瞬見えたかもsta.icon
上の作用素言うてるやつ
たぶん量子ってのが物量という概念を超えた理(無限?)で動いている
その理を、物量の理で動いている俺たちが知ることはできないが、外から使う(観測)ことはできる
みたいな
こっちもわかりやすい
「はい。微細加工する機械を使ってジジジジって1000個並べてチップにするんです。この1000個というのは、1000個の量子を並べたものです。これらの量子の重なり合った状態を用意して、それにさっきの最適化問題を解かせるように配置して、あとはでっかい冷凍庫みたいなやつで冷やしておく。そのあと観測すると結果が出ているっていう」
「最適化問題が解けるような配置」をなんとかして見つけたら、あとはそれ使えばいいだけ
たぶん「正解のわかってる最適化問題」を使って、「とある量子の配置」に入力して、正しい答えが出るかどうかを調べるんだsta.icon
出なかったら、配置をちょっと変えて、また試す
どこまで当てずっぽうなのか知らないけど、まあおらおらって試すんだよね、たぶん
見つかったらラッキー