kwantumeigenschappen

Kwantumeigenschappen zijn de kenmerken van systemen op quantum-niveau die worden beschreven door de kwantummechanica. Ze omvatten de probabilistische aard van observaties, de aanwezigheid van discrete energieniveaus en fenomenen zoals superpositie en verstrengeling.

Een fundamenteel principe is superpositie: een quantumtoestand kan gelijktijdig meerdere waarden aannemen totdat een meting plaatsvindt. De toestand wordt beschreven door een golffunctie, waarvan de absolute waarde kwaadraten de waarschijnlijkheden geven (Born-regel). Veel systemen vertonen verstrengeling, waardoor de toestand van twee of meer deeltjes onlosmakelijk met elkaar verbonden is, onafhankelijk van afstand.

Daarnaast zijn er quantisatie van eigenschappen zoals energie en spin, evenals fenomenen als tunneling en interferentie. De onlosmakelijke relatie tussen bepaalde variabelen, vastgelegd in het Heisenberg-onzekerheidsprincipe, betekent dat sommige paren niet tegelijk met hoge precisie kunnen worden bepaald.

Het meten van kwantumsystemen leidt tot het uiteenvallen van de superpositie en tot een specifieke waargenomen uitkomst; ook decoherence speelt een rol, waarbij interactie met de omgeving de coherentie van superpositie afneemt en klassieke kenmerken steeds prominenter worden.

Toepassingen van kwantumeigenschappen zijn onder meer quantumcomputing, waar qubits superpositie en verstrengeling benutten; quantumcommunicatie zoals quantum key distribution; en kwantumsensoren en simulaties van complexe quantum-systemen in natuurkunde en chemie. Deze eigenschappen vormen de basis voor moderne ontwikkelingen in informatieverwerking, metrologie en materiaalkunde.