Kvanttisiirtymiä

Kvanttisiirtymä on prosessi, jossa kvanttimekaaninen systeemi siirtyy yhdestä kvanttitilasta toiseen. Tämä voi tapahtua esimerkiksi atomissa, molekyylissä tai muussa kvanttijärjestelmässä. Kvanttisiirtymät ovat fundamentaalisia monissa luonnonilmiöissä ja teknologisissa sovelluksissa.

Tyypillisesti kvanttisiirtymä tapahtuu, kun systeemi vuorovaikuttaa ulkoisen energialähteen kanssa, kuten fotonin tai sähkömagneettisen kentän. Kun systeemin absorboima tai emittoima energia vastaa kahden kvanttitilan energieneroa, siirtymä voi tapahtua. Esimerkiksi atomi voi absorboida fotonin ja siirtyä korkeammalle energiatasolle (virittyneeseen tilaan), tai se voi emittoida fotonin ja pudota alemmalle energiatasolle.

Kvanttisiirtymillä on keskeinen rooli esimerkiksi spektrinmuodostuksessa. Aineen ja säteilyn välinen vuorovaikutus, joka selittää esimerkiksi valon absorptiota ja emissiota, perustuu juuri kvanttisiirtymiin. Atomien ja molekyylien ainutlaatuiset spektri ovat suora seuraus niiden elektronien ja muiden osien sallituista energiatiloista ja niihin liittyvistä siirtymistä.

Myös kvanttilaskennassa ja kvanttisensoriteknologiassa hyödynnetään kvanttisiirtymiä. Kvanttibittien (qubitien) tilan muuttaminen ja informaation käsittely perustuu juuri hallittuihin kvanttisiirtymiin. Tällöin pyritään tarkasti kontrolloimaan siirtymiä esimerkiksi laserpulssien avulla. Kvanttisiirtymät ovat siis perusta monille moderneille teknologioille.