5.12.2017

Millä nopeudella kvantittunut tieto kulkee?

Akatemiatutkija Mikko Möttönen, teknillisen fysiikan laitos, Aalto-yliopisto:

Kun tarkastellaan luontoa hiukkastasolla, klassisen fysiikan lait eivät riitä vaan tarvitaan kvanttifysiikkaa. Kvantti on pienin mahdollinen energiamäärä, jonka jokin systeemi voi sisältää, vähän kuin alkeishiukkanen. Myös luonnonvoimien välittäjähiukkasia nimitetään kvanteiksi. Esimerkiksi sähkömagneettisen voiman välittäjänä toimii valokvantti eli fotoni.

Kvantittuminen tarkoittaa, että jokin mitattavissa oleva suure voi saada vain tiettyjä arvoja. Esimerkiksi fotonien kvantittumisessa kvanttitilan muutos alhaiselta energiatasolta korkeammille energiatasoille tapahtuu fotonilukumäärässä hyppäyksittäin ikään kuin tikapuita pitkin. Jokainen vaakasuuntainen puola kuvaa mahdollista energiamäärää ja niiden välillä vastaavat energia ovat kiellettyjä.  Systeemin tila tavallaan katoaa alemmalta askelmalta ja ilmestyy tyhjästä seuraavalle askelmalle sisältäen entistä enemmän energiaa eli fotoneja.

Kvantittuminen on yksi atomien perusominaisuuksista, ja se hallitsee elektronien liikkeitä atomien ympärillä. Kvanttiteknologioissa kvantittumista käytetään hyväksi käytännön sovelluksissa. Kvantittuminen vaikuttaa muun muassa siihen, miten tietoa voidaan hiukkasessa varastoida, prosessoida ja mitata. Esimerkiksi kvanttikryptografiassa yksittäisiä fotoneja lähetetään ja mitataan siten, että viestejä ei ole mahdollista salakuunnella missään välissä.

Tiedon kuljetusnopeuteen kvantittuminen ei vaikuta mitenkään vaan kunkin aineen ominaisuudet määräävät nopeuden. Niinpä esimerkiksi fotonit kulkevat niille ominaista valon nopeutta riippumatta siitä, onko niihin tallennettu tieto yksittäisissä kvanteissa vai klassisessa värähtelyssä.

 

 

Viimeksi muokattu 5.12.2017

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
terhi.loukiainen@aka.fi

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi