Квантово-механические элементы
Квантово-механические элементы цифровых вычислительных машин. Общая характеристика квантово-механических систем как элементов вычислительных устройств дискретного действия. В основе работы квантово-механических логических и запоминающих элементов лежит фундаментальное свойство явлений микромира, вытекающее из законов квантовой механики, — их дискретность (квантованность). Для целей представления двоичной информации в этом случае могут быть использованы основной (0) и возбужденный (1) энергетические уровни квантовой макро- или микроскопической системы.
Запись и считывание информации, требующие обеспечения перехода частиц из одного энергетического состояния в другое, могут осуществляться с помощью внешнего электромагнитного возбуждения, например, с помощью оптически стимулированных переходов частиц в квантовой системе с одного энергетического уровня на другой.
Работа устройств рассматриваемого типа основана на следующих физических закономерностях. При отсутствии внешнего возбуждения в условиях термодинамического равновесия в квантовой системе отношение числа частиц, находящихся на двух энергетических уровнях (населенность уровней), определяется законом Больцмана и экспоненциально убывает с увеличением порядкового номера уровня.
Квантово-механические элементы
Внутренняя энергия любой квантовой системы может изменяться только дискретно, т. е. частицы, составляющие систему (молекулы, атомы, ионы, электроны и т.п.), могут находиться в энергетических состояниях, образующих дискретный ряд. Переход квантовой системы из одного энергетического состояния Еп в другое Ет сопровождается поглощением (Еп Ет) или излучением (Еп Ет) отдельной порции — кванта hv электромагнитной энергии строго определенной частоты v.
В квантовой системе могут иметь место поглощение энергии внешнего электромагнитного поля, самопроизвольное (спонтанное) и вынужденное (индуцированное, стимулированное) излучение энергии. Эти процессы, характеризуемые вероятностями соответствующих переходов, подчиняются законам квантовой статистической физики.
Квантовая система, выведенная из состояния равновесия, при отсутствии внешнего возбуждения будет самопроизвольно (спонтанно) переходить в основное состояние. Этот процесс протекает во времени но экспоненциальному закону и характеризуется постоянной времени, называемой временем релаксации. В квантовой системе может быть искусственно создана инвертированная населенность уровней, при которой число частиц на верхнем энергетическом уровне будет превышать число частиц на нижнем уровне.
Квантово-механические элементы
Страницы: 1 2 3 4 5 6
