اپتیک و کوانتوم

وقتی اصطلاح مکانیک کوانتومی را می شنوید، بدون شک به چیزهای عجیب و غریب و غیرمعمول فکر می کنید - چیزهایی مانند ذرات و امواج بودن الکترون ها یا مرده و زنده بودن به طور همزمان گربه ها! با این حال، با وجود دنیای زیراتمی تقریباً باورنکردنی، اگر مکانیک کوانتومی درست نبود، جوامع مدرن ما امکان‌پذیر نبودند.

با توجه به یک قرن پس از توسعه این نظریه، سازمان ملل متحد سال 2025 را به عنوان «سال بین‌المللی علم و فناوری کوانتومی» اعلام کرد، سالی برای جشن گرفتن موفقیت‌های گذشته و برنامه‌ریزی برای آینده‌ای که در آن مردم در سراسر جهان بتوانند از این مزیت‌ها بهره‌مند شوند.

توسعه یک نظریه تغییردهنده جهان

در اواخر دهه 1800، فیزیکدانان تسلط بسیار خوبی بر قوانین حاکم بر طبیعت داشتند. آنها قوانین حرکت، الکترومغناطیس و گرما را بررسی کرده بودند. این تسلط بر فیزیک باعث ایجاد تغییر فرهنگی شد که آن را انقلاب صنعتی می نامیم. با این حال، چند راز مبهم باقی مانده است. برای مثال، رنگ نور ساطع شده از یک ریخته‌گری فولادی درخشان، آنطور که انتظار می‌رفت بنفش نبود.

از این مشاهدات و مشاهدات دیگر، فیزیکدانان دریافتند که دنیای اتم بسیار متفاوت از آنچه ما با حواس خود تجربه می کنیم، عمل می کند. اولین قدم‌ها برای درک این دنیای ناآشنا در سال 1900 برداشته شد، زمانی که ماکس پلانک فیزیکدان آلمانی فرض کرد که انرژی حمل شده توسط نور و سایر امواج الکترومغناطیسی با فرکانس موج مرتبط است. دهه‌های بعدی منجر به اکتشافات و اصلاحات بسیاری شد که به آرامی دنیای اتمی را که توسط ترکیبی از رفتارهای به ظاهر متناقض اداره می‌شد، آشکار کرد. الکترون‌ها و نور گاهی مانند یک توپ بیس‌بال کوچک عمل می‌کنند و گاهی مانند سطح موج‌دار یک استخر!

این وضعیت در سال 1925 زمانی که فیزیکدان و دانشمند اتریشی، اروین شرودینگر، چیزی را نوشت که امروزه معادله شرودینگر نامیده می شود، بسیار روشن شد. این معادله با موفقیت طیف نور ساطع شده توسط اتم ها را توصیف می کند و نشان می دهد که می توان از خواص اسرارآمیز اتم برای بهبود دنیای بشریت استفاده کرد.

یک جهش کوانتومی در فناوری

در طول قرن گذشته، درک ما از قلمرو کوانتومی به طور تصاعدی افزایش یافته است و فیزیک اتمی عصر الکترونیک را آغاز کرده است. ترانزیستورها و سایر فناوری های نیمه هادی، دنیای مدرن ما را ممکن کردند. فرمان ما بر اتم منجر به LED هایی شد که صفحه نمایش لپ تاپ ها و تلفن های هوشمند ما را تغذیه می کنند.

و تکامل فناوری کوانتومی هنوز به پایان نرسیده است. محققان به توسعه مواد جدید با پتانسیل ایجاد ابررساناهایی در دمای اتاق ادامه می دهند که می تواند نحوه انتقال نیرو را در سراسر جهان متحول کند. پیشرفت‌ها در طراحی سلول‌های خورشیدی به ما کمک می‌کند تا به طور موثر انرژی را از خورشید استخراج کنیم و به ما امکان می‌دهد با خطرات ذاتی اقتصاد مبتنی بر سوخت‌های فسیلی مبارزه کنیم.

درک مکانیک کوانتومی نیز منجر به دگرگونی در صنعت کامپیوتر می شود. رایانه‌های کوانتومی، که به «روشن یا خاموش» باینری رایانه‌های سنتی متکی نیستند، می‌توانند مشکلات پیچیده‌ای را در کسری از ثانیه حل کنند که سال‌ها طول می‌کشد تا رایانه‌های مدرن حل کنند. برای مثال، الگوریتم‌های رمزنگاری که تراکنش‌های کارت اعتباری و ارتباطات خصوصی بین دولت‌ها را ایمن می‌کنند، به راحتی توسط رایانه‌های کوانتومی شکسته می‌شوند.

More information: https://bigthink.com/hard-science/international-year-of-quantum-science-and-technology/