Kvantointia

Kvantointia, tai kvantointi, on ilmiö, jossa suureet esiintyvät diskreetteinä arvoina sen sijaan, että ne muuttuisi jatkuvasti. Se on keskeinen käsite kvanttimekaniikassa ja modernissa fysiikassa, ja se selittää, miksi monia fyysisiä järjestelmiä voidaan kuvata vain tietyillä, erillisillä mittaustulosten arvoilla.

Kvantointi juontaa juurensa Planckin 1900-luvun alun löytöihin, joiden mukaan värähtelyenergia on monistettavissa määrinä. Tämä johti atomien energiatason diskretoitumiseen ja Bohrin atomimallin kehittämiseen. 1920-luvulla kvanttimekaniikan matemaattiset muodot, kuten Schrödingerin differentiaalilauseet ja Heisenbergin matrix-mekaniikka, mahdollistivat suureiden määrän ja niiden mittaustulosten käsittelemisen tarkasti.

Kvantointia näkee monin tavoin: elektroneiden energiatasot atomissa ovat diskreettejä, ja harmonisen heilurin energiat ovat E_n = (n + 1/2)ħω. Lisäksi sähkömagneettiset kentät kirjoitetaan kvantittuneina kenttinä, ja valon hiukkasina pidetyt fotonit ovat valon kvantteja. Matematiikassa kvantointi tarkoittaa observablin spektrin diskretoitumista ja suureiden arvojen määräämistä operaatioiden eigenarvoina, usein Hilbertin tilan muodossa.

Kvantointia vaikuttaa keskeisesti teknologisiin sovelluksiin kuten puolijohteisiin, LEDs ja laserit, sekä yhä nopeammin kehittyviin kvanttitekniikoihin, kuten kvanttilaskentaan ja kvanttivarmuuteen liittyviin menetelmiin. Se on siten perusta sekä nykyfysiikalle että monien nykyaikaisten laitteiden toiminnalle.