Kvantisoituminen

Kvantisoituminen on ilmiö, jossa suureet, joita yleensä pidetään jatkuvina, esiintyvät vain diskreetteinä arvoina. Se on keskeinen käsite kvanttifysiikassa sekä monissa mittaus- ja teknologia-alueiden ilmiöissä. Kvantisoitumisella tarkoitetaan usein sekä fysikaalisten suureiden että mitattavien signaalien arvojen rajattua joukkoa.

Fyysinen kvantisoituminen ilmenee monin tavoin. Esimerkiksi energiatason kvantisaatio atomissa johtaa diskreetteihin energiatasoihin, kuten hydrogynin atomin E_n = -13,6 eV/n^2. Valon energiaa kuvaa E = hf, mikä osoittaa, että valon ja lämpötilan suureet voivat esiintyä kvantittuina. Myös kulmanmomentin kvantisaatio toteutuu: orbitalisen ja spinin momentin arvot ovat diskreettejä, joilla on tietyt kvanttiluvut.

Varaus- ja magneettinen kvantisaatio ovat tärkeitä esimerkkejä. Varaukset esiintyvät pienimpinä yksikköinä elektroni- ja hiukkasvarauksina, ja magneettinen flux on superkondensaattoreissa kvantisoitua siten, että Φ = nΦ0, missä Φ0 on fluxin kvantti. Tämä liittyy esimerkiksi Josephson-ilmiöön, joka osoittaa makroskooppista kvanttisuutta.

Kvantisoituminen ulottuu myös signaalinkäsittelyyn ja mittaukseen. Analogisen signaalin kvantisoituminen tarkoittaa sen arvojen viemistä kiinteinä, diskreetteina tasoina, mikä on keskeistä digitaaliseen tallennukseen, muuntamiseen ja nopeaan käsittelyyn sekä aiheuttaa kvantisaatiovirhettä.

Kvantisoituminen on perusta moderneille kvanttiteknologioille, atomifysiikalle, ja monille elektroniikka- sekä mittausmenetelmille.