Kvanttimuuttujia

Kvanttimuuttujia ovat perusrakennuspalikoita kvanttijärjestelmien kuvaamisessa. Ne ovat analogisia klassisen fysiikan muuttujille, kuten paikka ja liikemäärä, mutta kvanttimekaniikassa niiden käyttäytymistä ohjaavat kvanttiset periaatteet. Kvanttimuuttujat eivät voi saavuttaa mielivaltaisia arvoja, vaan ne esiintyvät diskreetteinä, kvantittuneina arvoina. Tämä tarkoittaa, että järjestelmä voi olla vain tietyissä tiloissa, ja kvanttimuuttuja voi ottaa vain näihin tiloihin liittyviä arvoja.

Yksi keskeinen kvanttimuuttuja on spin, joka kuvaa hiukkasen sisäistä pyörimismomenttia. Spin voi olla joko ylös tai alas, eikä se voi olla välillä. Toinen tärkeä kvanttimuuttuja on energia, joka järjestelmän ollessa kvantittunut voi ottaa vain tiettyjä diskreettejä arvoja. Kvanttimuuttujien arvot eivät ole aina tarkasti määriteltyjä. Heisenbergin epätarkkuusperiaate sanelee, että tiettyjä toisiinsa liittyviä kvanttimuuttujapareja, kuten paikkaa ja liikemäärää, ei voida mitata samanaikaisesti äärimmäisen tarkasti. Mitä tarkemmin toinen tunnetaan, sitä epätarkemmaksi toinen muuttuu.

Kvanttimuuttujat ovat välttämättömiä kvanttikoherenssin ja kvanttilaskennan ymmärtämisessä. Kvanttibitit, jotka ovat kvanttilaskennan perusyksiköitä, ovat esimerkkejä kvanttimuuttujista, jotka voivat edustaa sekä 0:aa että 1:tä samanaikaisesti superposition avulla. Niiden käyttäytymistä kuvaavat kvanttimuuttujat mahdollistavat huomattavasti suurempien laskentatehojen saavuttamisen tietyntyyppisissä ongelmissa verrattuna klassisiin tietokoneisiin.