Kvanttisiirtymät

Kvanttisiirtymät ovat ilmiöitä kvanttimekaniikassa, joissa systeemi, kuten atomi tai molekyyli, siirtyy yhdestä kvanttitilasta toiseen. Nämä tilat ovat diskreettejä eli ne voivat ottaa vain tiettyjä arvoja, toisin kuin klassisessa fysiikassa, jossa suureet voivat muuttua jatkuvasti.

Siirtymä voi tapahtua esimerkiksi, kun systeemi absorboi tai emittoi fotonin, jonka energia vastaa kahden tilan energiakuilua. Tämä fotoni voi olla peräisin valosta, lämmöstä tai muusta energianlähteestä. Kvanttisiirtymät ovat perustavanlaatuisia monille luonnonilmiöille ja teknologisille sovelluksille.

Esimerkiksi atomien elektronien siirtymät näkyvän valon alueella selittävät aineiden värejä. Laserit perustuvat stimuloituun emissioon, jossa atomit emittoivat fotoneita samassa vaiheessa ja samalla aallonpituudella, mikä johtuu kvanttisiirtymistä. Myös spektroskopian eri menetelmät, joita käytetään aineiden koostumuksen ja rakenteen tutkimiseen, hyödyntävät kvanttisiirtymiä.

Kvanttisiirtymiä kuvataan todennäköisyyksien avulla. Vaikka tiedetään, että siirtymä tapahtuu, tarkkaa hetkeä tai tarkkaa lopputilaa ei aina voida ennustaa varmuudella. Siirtymien todennäköisyydet lasketaan kvanttimekaanisten periaatteiden, kuten Schrödingerin yhtälön avulla. Kvanttisiirtymät ovat olennainen osa kvanttitietokoneiden toimintaa, joissa informaatiota käsitellään kvanttibittien eli kubittien avulla, jotka voivat olla useassa tilassa samanaikaisesti.