Автор Тема: Общие закономерности в природе  (Прочитано 176388 раз)

0 Пользователей и 6 Гостей просматривают эту тему.

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8143
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2475 : Сентябрь 13, 2019, 13:37:53 »
Может, тогда Иван ответит на парочку вопросов? ::)
Чем, в таком случае, отличается материя от энергии?  А ежели продолжить, то, чем, в таком случае, отличается энергия от информации?
Павел, у меня нет ни навыков, ни желания отвечать на вопросы
Понял.

Оффлайн Ivan(novice)

  • Участник форума
  • Сообщений: 2518
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2476 : Сентябрь 13, 2019, 15:35:47 »
А разве ответ на вопрос отличия материи от энергии лежит только в области философии?
Когда начинают путать материю и энергию, то начинается сплошная философия. А, как говорил классик,
"В одну телегу впрячь не можно
Коня и трепетную лань".

Либо наука, либо философия. Это разные точки зрения, их смешение гарантирует взаимное непонимание.

Материя и энергия - характеристики природы. Они как-то взаимосвязаны друг с другом, Эйнштейн даже вроде бы нашел эту взаимосвязь (E=mc2), но мне просто не приходит в голову примеров материи без энергии или энергии без материи. Следовательно, утверждение "материя - это энергия" очень спорно...

Оффлайн Шаройко Лилия

  • Участник форума
  • Сообщений: 1365
    • Просмотр профиля
    • Наука РФ и за рубежом
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2477 : Сентябрь 13, 2019, 16:20:36 »
Ладно, не буду пытаться рассуждать в направлениях которые плохо знаю. Павлу спасибо за разъяснение по видам материи. В общем думаю, пока у меня не будет внятного понимания физики частиц, хотя бы студенческого уровня мне не стоит в беседы о материи и энергии вмешиваться.

Онлайн василий андреевич

  • Участник форума
  • Сообщений: 8165
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2478 : Сентябрь 14, 2019, 11:05:31 »
  Когда непонятно, надо изучать историю вопроса.
  Натурфилософия (тогда так называлась физика) пользовалась понятием силы и живой силы. Позднее живая сила изменила название на энергию. Триумф энергии состоялся при согласии исследователей, что энергия сохраняется до аддитивной постоянной, но уже был выработан закон сохранения материи - это и определило включение энергии в принцип сохранения симметрии. Последний штрих от Эйнштейна с его эм це квадрат, что окончательно устаканило: энергия - это эквивалент материи, т.е. перевод материи в энергию осуществляется через введение коэффициента пропорциональности.

  Однако отождествлять материю (энергию) с информацией - недопустимо. Это почти то же, что отождествить материю с сознанием.

Оффлайн Evol

  • Участник форума
  • Сообщений: 1929
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2479 : Сентябрь 14, 2019, 11:58:30 »
Так, начну занудствовать, а то, кроме прочих кругов философии, попадем, еще, на орбиту эспилогии.  В которой утверждается факт существования нематерии через непроявление своего несуществования, ссылка http://philosophystorm.org/o-materii, второй абзац сверху. Уважаемый Ivan(novice), сможете внятно разъяснить это?

Уважаемый василий андреевич, следующий вопрос к Вам: нематериальное проявляется в движении? Или нет? Если "да", то что является движущей силой движения нематериального?
« Последнее редактирование: Сентябрь 14, 2019, 12:09:26 от Evol »

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8143
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2480 : Сентябрь 14, 2019, 12:01:08 »
Открытые квантовые системы

Физик Сергей Филиппов о свойствах открытых систем, создании квантового компьютера и проблемах внешних шумов

Цитировать
Сергей Филиппов
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, научный сотрудник Математического института им. В.А. Стеклова РАН


P.S. Изменил в настройках скорость воспроизведения на 1,25 от обычной – лектор слишком  медленно, на мой взгляд, рассказывает…

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8143
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2481 : Сентябрь 14, 2019, 12:04:01 »
Та же лекция в текстовом варианте (прочитать можно вдвое-втрое быстрее, чем видео просматривать)...
https://postnauka.ru/video/101477
Цитировать
Открытые квантовые системы — интересная тема, которой уделяется мало внимания в стандартном курсе квантовой механики в технических вузах. В нашем мире ничего не является изолированным, за исключением, может быть, самой Вселенной. Когда мы рассматриваем некоторую квантовую систему, то она неизбежно взаимодействует со своим окружением, хотим мы того или нет. Мы можем только влиять на степень этого взаимодействия, пытаясь построить, например, экраны электромагнитного излучения.
 
Если мы хотим действовать в рамках квантовой механики, то мы должны описывать состояние не только нашей системы, но и всего окружения. Наша система выступает как подсистема большого окружения. Все большое объединение окружения и нашей системы должно описываться вместе. Но в реальности это сделать невозможно, поскольку окружение имеет бесконечное число степеней свободы. То есть нам нужно учитывать влияние всего на нашу систему. Это сделать трудно.

Существуют общие теоретические результаты, как описывать динамику открытых квантовых систем. Открытые квантовые системы — это системы, взаимодействующие с окружением. Описывать их нужно с помощью оператора плотности, а не вектора состояния, в отличие от замкнутых систем. Этот оператор плотности можно рассматривать как некоторую матрицу, и существует некоторое динамическое уравнение. Это уравнение получается редукцией, то есть выбрасыванием степеней свободы окружения из всей большой комбинации системы и окружения. Уравнения сами по себе вывести очень трудно, поскольку в общем случае система и окружение могут сильно взаимодействовать, то есть нельзя пользоваться теорией возмущений. Также возможны ситуации, где сами свойства окружения меняются во времени. Теория открытых квантовых систем изучает их поведение, когда существуют внешние воздействия, которые называют квантовыми шумами.

Эта область исследования имеет непосредственное отношение к созданию квантовых компьютеров — устройств, основанных на использовании принципа квантовой суперпозиции и поэтому чувствительных к воздействию окружающего шума. Когда создается квантовый регистр, всегда исследуются возможные источники шума для него. Например, когда создается сверхпроводниковый квантовый регистр, то изучаются шумы, которые действуют на квантовые биты в этом регистре. Основными видами шума, действующих на кубиты, выступают фазовая релаксация и амплитудная релаксация. Когда выполняются работы по экспериментальному изучению оптических квантовых систем, проводятся исследования потерь в оптоволокнах или светоделителях. Потери также можно рассматривать как шум, поскольку эти пассивные элементы поглощают энергию. Какой бы физический объект мы ни взяли, всегда есть некоторое окружение, и его необходимо учитывать.
 
В квантовом компьютере ситуация осложняется тем, что мы хотим управлять нашими кубитами. Для управления мы используем некоторые сигналы. Чтобы перевести кубит из одного состояния в другое, мы прикладываем некоторый импульс. Это означает, что мы должны иметь доступ к нашей квантовой системе. Есть воздействие, мы нажимаем кнопку, и это значит, что мы открываем канал воздействия на наш кубит, то есть посылаем импульс. Но когда мы это делаем, мы также открываем дверь для окружающего пространства, то есть шумы также пытаются в эту дверь войти. Квантовый компьютер можно представить как некоторый кусочек льда, который мы пытаемся удержать в комнате с очень высокой температурой. То есть мы можем положить этот кусок льда в термос, и тогда он будет частично изолирован от нашего окружения. Но когда мы хотим воздействовать на него, нам нужно приоткрывать этот термос, чтобы посылать команды внутрь компьютера. Таким образом, встает большая инженерная проблема: как сделать так, чтобы уменьшить влияние окружающей среды, внешних шумов, но при этом обеспечить хорошую управляемость квантовыми битами в квантовом регистре?

Сделать это довольно непросто. В течение последних 15 лет был достигнут существенный прогресс в этой области. Для этого разрабатываются специальные конструкции квантовых битов, которые малочувствительны к внешним шумам. В качестве сверхпроводникового примера можно привести transmon. Он малочувствителен к внешним электрическим шумам. Для оптической реализации также существуют специальные кодирования, которые позволяют уменьшить влияние потерь в пассивных оптических элементах. То есть сейчас задача исследователей состоит в том, чтобы уменьшить воздействие шумов или, когда этого сделать не удается, использовать эти шумы во благо.

Существует определенный вид шумов, который особенно интересен, — это немарковские процессы, немарковские шумы, которые обладают эффектами памяти. Этот вид шумов сначала делает систему более хаотичной, а потом может сделать ее менее хаотичной. То есть существуют осцилляции свойств квантовой системы. В нашей лаборатории мы рассматриваем немарковские процессы как интересный объект для исследования, поскольку они позволяют лучше узнать окружение квантового объекта. Если видно, что в динамике квантового бита имеются некоторые эффекты памяти, то они возникают вследствие окружения, которое сильно скоррелировано с рассматриваемым кубитом, и можно ввести модель, которая бы включала это близкое окружение вместе с рассматриваемым кубитом. Здесь возникает понятие марковского вложения. Мы пытаемся представить немарковский процесс для системы как марковский процесс, то есть без памяти, для большой системы и ближнего окружения.
 
Этот подход уже дал свои положительные результаты. Например, в исследовании немарковских открытых квантовых систем нам удалось разработать алгоритм машинного обучения, который по данным, полученным при измерении самой системы, позволял бы реконструировать окружение для квантового объекта. Этот подход существенно отличается от предыдущих тем, что мы не пытаемся выучить динамическое уравнение для самого квантового объекта, а пытаемся построить модель его окружения, используя марковское вложение. Интересно, что последовательные измерения над квантовой системой имеют внутри себя корреляции. Эти корреляции и есть проявления немарковости шума, действующего на квантовые объекты. Было показано, что немарковские процессы могут также использоваться для увеличения пропускной способности квантовых каналов. То есть квантовый немарковский процесс сопровождается тем, что свойства во времени объекта немонотонны. В качестве объекта можно рассматривать, например, пропускную способность некоторой линии связи. То есть с течением времени она может уменьшаться, а затем увеличиваться.

Теория открытых квантовых систем сейчас интенсивно разрабатывается. Есть новое понимание того, как применять интегралы по путям для описания систем, как использовать строго математические результаты. Эта теория получила большое развитие для создания квантовых компьютеров, квантовых регистров и управления ими. Одна из современных задач, которую предстоит еще решить, заключается в том, чтобы осуществить квантовый контроль. То есть сделать так, чтобы управляемо переводить кубиты в желаемое состояние с учетом шумов. Резюмируя, можно сказать, что люди научились измерять шумы, делать измерения над системой. Но новая проблема — это проблема квантового контроля: как перевести состояние системы в нужное с учетом имеющихся шумов? Здесь же стоит проблема динамического декаплинга: какие воздействия применить к системе, чтобы она была менее подвержена влиянию шумов?

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8143
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2482 : Сентябрь 14, 2019, 12:32:49 »
Квантовые тензорные сети

Физик Сергей Филиппов о понятии матрицы, сжатии памяти для хранения информации и разнице в квантовых и механических подходах


P.S. Рекомендую изменить в настройках скорость воспроизведения на 1,25 от обычной...

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8143
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2483 : Сентябрь 14, 2019, 12:33:09 »
Та же лекция в текстовом варианте (некоторые второстепенные фразы изъяты).

https://postnauka.ru/video/101385
Цитировать
Наверняка вы знакомы с понятием матрицы. Матрица — это таблица со столбцами и строками. Представьте, что у вас есть кубическая таблица: помимо двух столбцов и строчек, то есть двух измерений, есть еще другое измерение, третье. Тогда у вас получится трехмерная таблица. Она будет описываться тремя индексами: один показывает номер столбца, другой — номер строки, а третий — глубину, на которую мы с вами продвинулись. Срезами этого тензора будут являться матрицы. Теперь можно представить себе ситуацию, когда у вас не три индекса, а четыре. Изобразить это в нашем евклидовом трехмерном пространстве я не могу, но это можно сделать. Когда у вас большие данные, то зачастую у вас тензоры очень большого ранга. Ранг — это как раз количество индексов. То есть у вас может быть n-мерная таблица, где n — это число разных направлений, вдоль которых ходят индексы этой таблицы. Это и есть тензор.
 
Тензор может описывать данные с разных устройств. Например, если в комнате имеется n микрофонов, то тогда сигнал каждого микрофона в определенный момент времени будет задавать определенное положение в этой таблице. Таким образом, когда у нас имеется много данных, то они эффективно представляются этим тензором. У вас могут быть данные, которые содержат внутри себя корреляции. Это происходит, например, когда в одной комнате есть несколько людей и в этой же комнате есть несколько микрофонов. Тогда каждый из микрофонов регистрирует не только речь одного человека, а речь всех людей. Величины, с которыми регистрируется речь, зависят от положения микрофона по отношению к людям. Мы знаем, что информация, которая содержится в этом многомерном тензоре, представляется в виде независимых голосов различных людей, то есть информацию упростить и представить как речь различных людей. Но мы этого не видим, поскольку каждый микрофон регистрирует речь всех людей одновременно.

Если мы постараемся, то можем представить многомерный тензор в виде свертки маленьких тензоров, где каждый тензор будет представлять собой речь отдельного человека. Мы получим матрицу с n ножками (ножки — это те направления, вдоль которых ходят индексы). Свертка — это операция объединения ножки. Например, есть один тензор второго ранга, у него две ножки и другой тензор второго ранга с двумя ножками. Если мы объединяем две ноги, то у нас получается тензор снова второго ранга, но который состоит из двух тензоров, из одного и другого. Это и есть операция свертки тензоров. Таким образом, объект, у которого много данных, то есть тензор большого ранга, можно представить в виде свертки маленьких тензоров. Это используется для сжатия данных, поскольку хранить в памяти компьютера тензор большого ранга очень сложно.
 
В квантовой теории аналогичная задача встает для описания многочастичных состояний. Когда мы работаем с многочастичной квантовой системой, то мы должны работать в гильбертовом пространстве тензорного произведения пространств каждой частицы. Если у нас есть n квантовых битов, то пространство состояний каждого бита имеет размерность 2, а пространство состояний всей этой цепочки из n кубитов имеет размерность 2n. Получается, что мы имеем n ножек у нашего тензора, который описывает квантовые состояния системы. Встает задача описания этого квантового состояния. Понятно, что хранить в памяти экспоненциально большое 2n число компонент очень сложно. Однако бывают ситуации, когда можно квантовое состояние представить в виде некоторой тензорной сети, то есть в виде свертки маленьких тензоров. И каждый из этих тензоров будет описывать конкретный кубит. Также нужен вспомогательный индекс, который используется для свертки с другим тензором. Это вспомогательное пространство не наблюдаемо физически, мы его используем формально для описания корреляций между кубитами. Если бы корреляции не было, то не было бы и необходимости в этой промежуточной связке. А когда у вас есть корреляция, то связка тензоров обеспечивает описание этих корреляций.

Оказалось, что это очень эффективный способ описания систем, где частицы взаимодействуют попарно с рядом стоящими частицами — когда у вас есть цепочка и каждая квантовая частица в этой цепочке взаимодействует только с соседями или с ближайшими соседями, например двумя. Такие системы описываются локальными гамильтонианами, поскольку энергия взаимодействия зависит только от ближайших узлов. Низкоэнергетические состояния локальных гамильтонианов эффективно описываются в виде тензорных сетей, которые называются «тензорный поезд» или «состояния матричного произведения». Эта простая идея легла в основу совершенно новых подходов к описанию квантовых корреляций.

Есть такое понятие, как MERA (multiscale entanglement renormalization Ansatz). Эта идея заключается в том, что мы будем строить тензорную сеть более сложного вида. Она строится таким образом, что имеются ножки физических кубитов — это те размерности, которые мы видим. А дальше выстраивается пирамида, где корреляционные свойства этих кубитов все глубже проникают к вершине пирамиды. Получается, что тензорная сеть имеет вид треугольника, и она описывает корреляции между удаленными частями этой схемы. В отличие от предыдущего описания, где у нас был поезд из маленьких тензоров, треугольная конструкция описывает корреляции, которые существуют на длинных расстояниях между кубитами. Эта идея в настоящее время нашла применение и для классических систем. То есть идет прогресс в обратную сторону — от квантовой механики к классической, к классическим задачам. Эта конструкция может использоваться для сжатия данных, поскольку, если вы отсечете верхушку этого треугольника, на ней останется небольшое число индексов, которые будут содержать основную информацию об объекте в основании пирамиды.
 
С помощью такой тензорной сети мы извлекаем существенную информацию о квантовом состоянии. Если же вы эту усеченную пирамиду инвертируете, перевернете ее другим образом, то есть получится трапеция в обратную сторону, и на вход поставите некоторые данные, то тогда результатом действия этой обратной трапеции будет типичное состояние с корреляциями. То есть это будет типичный объект с заданными свойствами. Если мы соединим одну трапецию и другую трапецию, то мы получим автоэнкодер — это объект, который пытается восстановить все существенные признаки объекта. Интересное сочетание квантово-механических подходов к описанию коррелированных систем и классического подхода к сжатию данных и выделению основных элементов из этих данных — это очень интересная тема.

Сейчас тензорные сети развиваются в направлении нейронных квантовых сетей. Это тензорные сети определенной структуры, когда есть несколько слоев, например два, и каждый элемент одного слоя соединен с каждым элементом другого слоя. Получается структура из нескольких слоев, и такая тензорная сеть и есть квантовая нейронная сеть. В последнее время эти нейронные сети стали применяться для нахождения основного состояния многочастичных гамильтонианов, то есть многочастичных систем. Другое приложение тензорных сетей заключается в описании квантовых вычислений. Работа квантового компьютера может быть представлена в виде тензорной сети. И тогда на вход подаются кубиты, двухкубитные гейты запутывают эти кубиты. Эволюция идет таким образом, что у нас получается некоторая тензорная сеть, описывающая взаимодействия этих кубитов. Показано, что можно эффективно делать квантовые вычисления в терминах тензорных сетей.

Оффлайн Evol

  • Участник форума
  • Сообщений: 1929
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2484 : Сентябрь 14, 2019, 12:43:21 »
На самом деле, я,  к а т е г о р и ч е с к и , не хотел бы, чтобы в теме развернулась дискуссия о тождествах материю с сознанием, информации или идеями, - и т. п.
На внешних - по отношению к нашему - форумах кипят нешуточные споры о том, причем,  т а к ж е , с нулевым практическим результатом, например - на этом, аж на 400-х стр.: http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1511085066/19850.

Поэтому и написал, что собрался позанудствовать - в предостережение этого. 

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8143
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2485 : Сентябрь 14, 2019, 12:55:24 »
Квантовые измерения

Физик Сергей Филиппов о квантовых системах, базисных состояниях и квантовом состоянии объекта


P.S. Опять-таки, рекомендую изменить в настройках скорость воспроизведения на 1,25 от обычной...

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8143
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2486 : Сентябрь 14, 2019, 12:55:38 »
Та же лекция в текстовом варианте (опять-таки, некоторые второстепенные фразы изъяты).

https://postnauka.ru/video/100375
Цитировать
Самая простая квантовая система — двухуровневая, в которой присутствуют два базисных состояния. Этими состояниями могут, например, выступать горизонтальная и вертикальная поляризация одиночного фотона. Всем хорошо известны поляризационные очки, которые пропускают фотоны с определенной поляризацией. Эти очки можно рассматривать как простейший квантовый измерительный прибор.

Когда у вас есть горизонтально поляризованное состояние и вертикально поляризованное состояние, этим дело не ограничивается, поскольку существуют всевозможные суперпозиции данных состояний. Есть состояния с диагональной поляризацией и произвольной. Но кроме них существуют еще и состояния, в которых амплитуды сдвинуты по фазе. То есть существуют состояния, в которых есть фазовый сдвиг между горизонтальной и вертикальной компонентами. Общее состояние такого поляризационного состояния фотона описывается набором чисел, и когда производится квантовое измерение, то оно производится в некотором базисе. Если вы в качестве базисных векторов выбираете горизонтальную и вертикальную поляризацию, то это один случай. Но вы можете, например, выбрать другие базисы.
 
Почему это важно? Это важно потому, что когда у вас есть квантовая система, то при ее измерении вы получаете результат, имеющий принципиально вероятностный характер. Представьте, что у вас фотон имеет диагональную поляризацию, а измеряете вы его в базисе вертикальной и горизонтальной компонент. Тогда с вероятностью одна вторая вы получите щелчок детектора, иллюстрирующий, что состояние фотона было вертикально поляризованное. И с вероятностью одна вторая получите результат о том, что состояние было горизонтально поляризованным. Эти вероятности не результат описания этого объекта, а именно результат квантово-механического правила Борна, которое показывает вероятность обнаружить квантовый объект в одном состоянии — например, с вертикальной поляризацией, — если на самом деле он находится в другом.

Чтобы подчеркнуть тот факт, что состояние исходной системы у вас на самом деле хорошо определено, есть понятие энтропии. Энтропия в хаотической системе большая, а энтропия в упорядоченной системе, где нет никакого хаоса, равна нулю. У вашего фотона энтропия будет равна нулю. Но при этом квантовые измерения над ним дают вам результаты, показывающие горизонтальную поляризацию, поэтому результаты имеют вероятностный характер. Основное, что нужно понять, — это то, что когда мы проводим измерения над квантовым объектом, то результат будет по самой своей природе вероятностный, не из-за нашего незнания.

Люди научились использовать эту вероятностную природу исходов измерений на благо — например, в квантовых генераторах случайных чисел. Хорошо известно, что есть проблема псевдослучайных чисел, которая заключается в том, что, когда мы хотим сгенерировать случайную последовательность, мы обычно используем какой-то машинный генератор. Оказывается, что в данных, генерируемых такой машиной, присутствует некоторое правило, по которому генерируются эти данные. И если это правило узнать, то тогда никакой случайности в числах уже не будет. А вот квантовая природа исходов наблюдений лежит в основе квантовых генераторов случайных чисел. То есть самый простой генератор случайных чисел работал бы таким образом: у вас есть состояние с диагональной поляризацией фотонов, а вы измеряете это состояние в базисе горизонтальной и вертикальной поляризации. Тогда с вероятностью одна вторая вы будете получать один ответ, а с вероятностью одна вторая — другой.
 
Другая реализация могла бы основываться на измерениях вакуумного состояния. Я расскажу про квантовое описание электромагнитного поля. Нам кажется, что если взять комнату и убрать оттуда все предметы, то там не останется совершенно ничего, мы откачаем из нее воздух, и там будет пустота. Но оказывается, что вот это состояние дышит само по себе: там происходят вакуумные флуктуации электромагнитного поля. Если бы мы его измеряли, мы бы получили среднее значение нуль. Однако есть отклонения. Например, напряженность электрического поля колеблется около нуля, но есть отклонения от этого нуля. То есть вакуум — то состояние, когда вы освобождаете пространство от всех материальных объектов, — описывается физически, и этому физическому описанию соответствуют флуктуации. Их научились мерить в определенной моде электромагнитного излучения с помощью гомодинного детектора. Этот прибор устроен таким образом, что в одно плечо входит исследуемое состояние, а в другое плечо этого прибора входит когерентное состояние. Разностный сигнал этих фотодетекторов и будет показывать флуктуации, присущие исследуемому состоянию.

Если же в качестве исследуемого состояния выступает вакуум, то есть вы не посылаете на это плечо вообще ничего, то тогда разностный ток фотодетекторов не равен нулю. Он осциллирует вокруг некоторой величины. Эти осцилляции люди тоже научились мерить. Получается интересная картина: напряженность электрического поля в вакуумном состоянии осциллирует около нуля, и присутствует гауссовское распределение вокруг этого нуля. Это гауссовское распределение имеет один горб, центрированный в нуле. Если мы на разностном токе фотодетекторов видим значение положительное, тогда мы говорим, что это нуль. А если значение отрицательное, то мы говорим, что это единица. С помощью гомодинного детектора можно генерировать случайные последовательности нулей и единиц, используя квантово-механическую природу измерений. Это самые простые приложения квантовых измерений для генерации случайных чисел.

Есть еще и фундаментальные вопросы, которые также интересны. Наверняка многие слышали, что невозможно измерить положение и скорость квантовой частицы одновременно. Это действительно так, поскольку операторы, описывающие координату и скорость, не коммутируют. Однако люди задались таким вопросом: а что будет, если мы измеряем эти величины неточно? То есть если мы позволяем некоторый разброс, зашумленность в результатах измерений. Оказалось, что при определенном уровне шума в измеряемых величинах можно их измерять одновременно. Проблемы квантовых измерений как раз заключаются в том, что, чтобы исследовать ваш объект, нужно над ним совершить много измерений. А есть такие измерения, которые одновременно позволяют вам узнать одно и другое зашумленное свойство. Если эти измерения можно выполнить одновременно, то говорят об одновременной измеримости или совместимости этих измерений. Если же их одновременно невозможно измерить, то говорят о несовместимости этих измерений. Казалось бы, такие скучные понятия, как совместимость и несовместимость измерений, находят применение в объяснении специфических квантовых эффектов — например, неравенств Белла или квантового широковещания. Это те темы, которые сейчас активно исследуются в сообществе квантовой теории информации.
 
Мы тоже исследуем квантовые измерения — в основном с практической точки зрения. Задача такая: у вас имеется какой-то квантовый объект, и вы хотите максимально полно его описать, для этого вам нужно восстановить его структуру. Это можно сделать, только измерив его в разных базисах. Представьте себе, что вы делаете измерение сначала в одном базисе, потом в повернутом базисе, затем в другом повернутом базисе и так далее. Получается, что при каждом измерении вы видите какой-то срез параметров, но не всю систему целиком. Однако, когда вы измерите в нескольких базисах, получается, что вы видите кусочки некоторого большого объекта. Это очень похоже на медицинскую томографию. В медицинском рентгеновском томографе человек исследуется следующим образом: получают двумерную проекцию органов человека на некоторую плоскость, но на самом деле используют разные плоскости. Получается, в квантовой механике ситуация аналогична. Чтобы понять свойства квантового объекта, нужно измерить его в различных базисах, и это измерение в различных базисах называется квантовой томографией. Сейчас ни одно исследование квантовых технологий не обходится без инструментов квантовой томографии, поскольку это единственный способ узнать всю информацию о квантовом объекте.

В заключение можно сказать, что квантовые измерения и их практическая реализация существенно изменили наше понимание, как работать с квантовыми объектами, как манипулировать одиночными атомами и состояниями электромагнитного поля. За эти исследования в 2012 году была вручена Нобелевская премия. И на сегодняшний день техника квантовых измерений и другие способы исследования состояний постоянно улучшаются с целью создания эффективных квантовых вычислительных устройств, квантовых регистров с большим числом кубитов и квантовой коммуникации с использованием большого числа пересылаемых физических объектов.

Оффлайн Evol

  • Участник форума
  • Сообщений: 1929
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2487 : Сентябрь 14, 2019, 13:11:46 »
Уважаемый ArefievPV, благодарю Вас за #2482, в этой теме.
Я, давненько, написал, что строю систему размерностей, в которой устанавливалось бы их родство с какой-либо фундаментальной физической размерностью. И то, что она, закономерным образом организуется в форме пирамиды. Мне, явно, не хватало навыков такого построения, но, представленная Вами в ответе, видеолекция их дает.

Оффлайн Evol

  • Участник форума
  • Сообщений: 1929
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2488 : Сентябрь 14, 2019, 13:17:10 »
И самое главное - выходит, что утверждение о том, что размерности в других науках являются производными от физических, не является моей причудой, а может быть внятно обосновано через представление о тензорных сетях.

Еще раз,  с п а с и б о .

Оффлайн Evol

  • Участник форума
  • Сообщений: 1929
    • Просмотр профиля
Re: Общие закономерности в природе
« Ответ #2489 : Сентябрь 14, 2019, 14:02:07 »
И еще, что любопытно. Получается, что неопределенность (например, в трактовке известного принципа неопределенности Гейзенберга) устраняется в случае асимптотического (приближенного) измерения (решения)!
Тут, кстати, шла речь о диагонали в базисах абсциссы и ординат. По большому счету, речь о склоне с линейно расположенными на нем нишами. Сдвиг по фазе между горизонтальной и вертикальной компонентами в системе координат означает, как я понял, что, при взгляде на систему появится объемная картинка. В которой вероятности будут выглядеть, словно две плоскости (грани), одна из которых лежит под другой.

Уважаемый василий андреевич, не в том ли проявляется эффект локальной анизотропии на плоском и изотропном пространстве?