Квантовая физика и квантовая информатика.

Квантовая физика возникла на рубеже Х1Х-ХХ вв. для описания свойств частиц и их движение в микромире. Поводом к этому явилась несостоятельность классической механики при объяснении фотоэффекта и спектра излучения абсолютно черного тела. Усилиями М. Планка, Н. Бора, Э. Шредингера, В. Гейзенберга был создан математический аппарат квантовой механики и решены основные задачи о квантовом описании движения объектов микромира: электронов, атомов и молекул; электронов и атомов в твердых телах; взаимодействие фотонов и атомов.

В квантовой механике [47] поведение квантовой системы описывается уравнением Шредингера:

iħ = | >, (12.1)

где i – мнимая единица, ħ – «перечеркнутая» постоянная Планка, ; – соответственно, волновая функция и оператор Гамильтона системы, | > – текущее состояние системы в обозначениях Дирака. Оператор линейный:

(а| > + b| >) = а | > + b | >, следствием чего является квантовый принцип суперпозиции состояний: если квантовая система может существовать в состояниях | > и | >, то она будет существовать и в состоянии суперпозиции а| > + b| >, где а и b комплексные числа, связанные условием .

Поскольку эволюция состояний квантовых систем описывается уравнением Шредингера, то с состояниями этих систем можно связать информационные понятия и символы. Данное соответствие превращает квантовые системы в квантовые приборы, которые можно рассматривать как квантовую элементную базу информационных систем и, таким образом, эволюция состояний квантовых приборов представляет информационный процесс. Следовательно, соотнесение прибора уравнению Шредингера (и принципу суперпозиции) вводит его в класс квантовых приборов. В класс таких приборов входят реальные двухуровневые квантовые системы, с которыми связываются информационные системы, построенные на двоичной системе исчисления.