kvantisaatio

Kvantisaatio tarkoittaa sitä, että joidenkin suureiden arvoja ei voi määrittää tai muuttaa jatkuvasti, vaan ne esiintyvät ainoastaan erillisissä, diskreeteissä arvoissa. Tämä ilmiö kuuluu sekä kvanttifysiikkaan että digitaalisen signaalin käsittelyyn, ja se on yksi modernin fysiikan ja tekniikan peruskäsitteistä.

Fysikaalisessa kontekstissa kvantisaatio johtuu Planckin vakion vaikutuksesta ja rajatuista järjestelmistä. Esimerkkejä ovat energiatason arvojen diskretisyyden vuoksi: atomin elektronien energiat tasot, harmonisen oskillaattorin energiat E_n = (n + 1/2)ħω, sekä valon kvantittuminen fotoneina, joiden energia on E = hν. Sähkömagneettinen kenttä voidaan kvantisoida, jolloin sen excitations muodostuvat fotoneista. Myös kulmamomento ja spinin suunnat ovat kvantittuneita suureita.

Teknisessa kvantisaatiossa analoginen signaali muunnetaan digitaaliseksi arvojoukoksi. Analog-to-digital-muunauksessa signaalin amplitudit jaetaan kiinteisiin tasoihin, ja käytettävien bittien määrä määrittelee arvojen lukumäärän. Tämä aiheuttaa kvantisaatiohäviötä eli kohinaa. Esimerkkejä ovat 8-bittinen värisyöte kuvissa sekä 16–24-bittinen äänenlaatu.

Laajemmin kvantisaatio ilmenee kvanttikenttäteoriassa: kenttä kuvataan kvantittuna, ja sen pienet värähtelyt ilmenevät hiukkasina. Canonical quantization ja muut formalismit kuvaavat tilojen ja kenttien rajoituneita arvoja.