Kvantumobjekt

Kvantumobjekt är fysiska system som beskrivs av kvantmekanikens formalismer. Det kan vara allt från en enskild partikel till atomer, molekyler eller elektromagnetiska fält, samt sammansatta system av flera delar. I kvantmekanik används ett kvanttilstånd — ofta en tillståndsvektor eller en densitetmatris — för att beskriva objektet. Tillståndet kan vara i superposition, vilket innebär att egenskaper som skulle vara klassiskt definierade inte behöver vara fastställda innan en mätning utförs.

Observabler av kvantobjekt representeras av operatorer, och mätresultat följer Borns regel: sannolikheten för ett givet utfall är kvadraten på amplituden. Den tidsmässiga utvecklingen av ett isolerat kvantobjekt följer Schrödinger- eller relativistiska ekvationer och är i grunden unitär; när miljön interagerar med systemet uppträder decoherence som gör beteendet mer likt klassisk fysik.

Viktiga fenomen innefattar superposition och interferens, kvantisering av energi och entanglement. Osäkerhetsprincipen begränsar samtidigt vår kunskap om par av icke-kompatibla observabler. I praktiken uppträder kvantobjekt ofta som klassiskt beteende i makroskopiska sammanhang på grund av miljöinteraktioner som orsakar snabb decoherence.

Exempel på kvantobjekt är elektroner, fotoner, atomer och molekyler, samt tekniska plattformar som supraledande kvantbitar i kvantdatorer. Även om stora objekt i praktiken uppvisar klassiskt beteende kan de i princip uppvisa kvantbeteende under rätt försök och med noga isolering.

Kvantumobjekt är centrala för vår förståelse av naturen och ligger till grund för många moderna teknologier, exempelvis kvantdatorer, kvantkommunikation och högprecisionsmätningar. Forskning kring kvantobjekt omfattar både grundvetenskap och tillämpningar, inklusive frågor om tolkningar av kvantmätningar och verklighetens natur.