kvanttifysiikka

Kvanttifysiikka on fysiikan ala, joka tutkii aineen ja energian toimintaa atomien ja alkeishiukkasten mittakaavassa. Keskeisiä piirteitä ovat kvantisoituminen, jossa ominaisuudet voivat esiintyä vain tietyin arvoin, aalto-hiukkasdualismi, superpositio ja entanglement eli kietoutuminen. Näitä ilmiöitä kuvaavat matemaattiset mallit ja tilateoreettiset rakenteet, kuten Schrödingerin yhtälö ja tilojen operaattorit. Mittaaminen ja havainto liittyvät olennaisesti toisiinsa, ja kvanttijärjestelmien koherentti hallinta on keskeinen osa sekä perusfysiikkaa että sovelluksia.

Historian ja teorian kehityksen kannalta kvanttifysiikka sai alkunsa 1900-luvun alussa Planckin kvanttimekan ja Einsteinin sekä Bohrin ideoiden myötä. 1920-luvulla kehitettiin kvanttimekaniikka, joka kuvaa hiukkasten tiloja, todennäköisyyksiä ja mittaamisen vaikutusta. Nykyään kvanttifysiikka kytkeytyy kvanttikenttäteorioihin, kuten kvantti-elektrodynamiikkaan (QED) ja kvanttichromodynamiikkaan (QCD), ja muodostaa osan Standardimallia. Tutkimus kattaa sekä perusfysiikan että materiaalien käyttäytymisen uusissa kokeellisissa ja teknologisissa yhteyksissä.

Sovelluksia kvanttifysiikasta on monia: puolijohteet, laserit, magneettikuvaus (MRI) sekä kvanttikryptografia ja kvanttitietokoneet. Koherenttien kvanttiolotilojen ylläpitäminen ja hallinta ovat keskeisiä tavoitteita ja mahdollistavat tarkemmat mittaukset sekä uusia tiedon käsittelytapoja. Kvanttifysiikka on monitieteellinen ala, jossa kokeelliset ja teoreettiset lähestymistavat sekä kansainvälinen yhteistyö ovat keskeisiä.