kwantumsysteem

Een kwantumsysteem is een fysisch systeem waarvan de dynamica en metingen worden beschreven door de wetten van de quantummechanica. Het kan bestaan uit een enkel deeltje zoals een elektron of foton, of uit een verzameling deeltjes (een many-body-systeem). De toestand wordt beschreven in een Hilbertruimte door een kwantentoestand, en de mogelijkheden worden niet deterministisch voorspeld maar gegeven door waarschijnlijkheden.

Voor een geïsoleerd systeem evolueert de toestand volgens de Schrödinger- of von Neumann-formalisms. Een zuivere toestand wordt aangeduid met een ket |ψ⟩ en een gemengde toestand met een densiteitsmatrix ρ. Fysische observabelen worden voorgesteld door Hermitische operatoren; meetresultaten volgen de Born-regel, waarbij de uitkomstprobabiliteiten afgeleid worden uit de amplitudes of de matrixelementen.

Belangrijke kenmerken zijn onder meer superpositie, interferentie en verstrengeling. Verstrengelde delen van een systeem kunnen niet onafhankelijk beschreven worden; de toestand van het geheel bepaalt met welke correlaties de componenten elkaar beïnvloeden, zelfs als ze verder van elkaar verwijderd zijn.

Open systemen interageren met hun omgeving, waardoor decoherentie optreedt en coherentie verloren kan gaan. De open-systeemevolutie kan worden beschreven met master equations zoals de Lindblad-form, die de interactie met het milieu modelleren.

Plattformen en toepassingen variëren van geladenionen en supergeleidingscircuits tot quantum dots en fotonen. Praktische toepassingen bevinden zich op het gebied van quantumcomputing, quantumcommunicatie en quantum sensing. De belangrijkste uitdagingen zijn decoherentie, foutencorrectie en schaalbaarheid bij grootschalige implementaties.