kvantitiedettä

Kvanttitiedettä tarkoitetaan tieteellistä tutkimusta ja teknologisia sovelluksia, joissa ilmiöt noudattavat kvanttimaailman lakeja. Se kattaa sekä perusfysiikan ilmiöt että käytännön sovellukset kuten kvanttilaskennan, kvanttiviestinnän ja kvanttisensoroinnin. Kvanttitiede rakentuu kvanttimekaniikasta, joka kuvaa hiukkasten ja energioiden käyttäytymistä pienillä mittakaavoilla, sekä kvanttikenttäteoriasta, jolla kuvataan vuorovaikutuksia.

Kvanttitieteen juuret ovat 1900-luvun alussa Planckin kvantisoitumisessa, Einsteinin selityksissä fotoelektriselle ja Bohrin atomimallissa. 1920-luvulla kehittyivät kvanttimekaniikan muodot (matriisi- ja aalto-mekaniikka) ja kokeellinen tuki vahvistui. Tämän jälkeen ala laajeni kattamaan kemian, materiaalitieteen, hiukkasfysiikan sekä tieto- ja viestintäteknologian kvanttimekaniikan sovelluksia.

Kvanttiteoriaan liittyviä alahahoja ovat kvanttimekaniikka, kvanttikemia ja kvanttiteoreettiset tutkimukset sekä kvantti-informaatiotiede ja kvanttiteknologiat. Menetelmät kattavat sekä teoreettiset mallit että kokeelliset tekniset välineet, kuten spektroskopian, interferometrian ja fotoniikan sovellukset sekä cryogeenisen jäähdytyksen. Sovelluksia ovat kvanttilaskenta, kvanttiviestintä (esim. kvanttiavaimet), kvanttisensorointi ja kvanttisimulaatio kemiallisissa ja materiaalitieteellisissä ongelmissa.

Kvanttitieteen haasteisiin kuuluu decoherence ja virheenkorjaus, skaalautuvuus sekä tekniset ja kustannukselliset rajoitteet. Lisäksi tutkijat käsittelevät tulkinnallisia kysymyksiä kvanttimekaniikasta. Tutkimusala on monitieteinen ja kehittyy nopeasti, ja se vaikuttaa laajasti tieteellisiin ja teknologisiin aloihin sekä lisäajan ymmärrykseen.