Kwantum computers

An Easy Leap Into Quantum Computing © LiveAtPC.com

Er komen nogal eens interessante berichten langs over kwantumcomputers. Over de hele wereld is men druk bezig om kwantumcomputers met behulp van zeer ruime budgetten, gefinancierd door overheden en softwaregiganten als Microsoft en Google, te bouwen. Ook in Delft – QuTech – zijn ze daar zeer intensief mee bezig. In plaats van daar, over diverse berichten verspreid, aandacht aan te geven heb ik er een speciale pagina op mijn website aan gewijd. Hij staat ook in het hoofdmenu. Op die pagina komen ook de actuele links te staan naar wat mij betreft interessante en voor leken leesbare artikelen over dit onderwerp.

Kijk daarom dus op Kwantum Computers.

Gifts of Unknown Things

Soms kom ik in een boek, dat eigenlijk niet over kwantumfysica gaat, ineens een tekst tegen die mij juist bijzonder aanspreekt in het kader van mijn idee dat de kwantumfysica een belangrijke boodschap heeft voor de mensheid die tot op vandaag door het merendeel van de wetenschappers nog niet is erkend.

Een wetenschapper van formaat

Malcolm Lyall-Watson is een wetenschapper van breed formaat. Hij is botanist, zoöloog, bioloog, antropoloog, paleontoloog en etholoog. Hij was o.a. directeur van de dierentuin van Johannesburg en heeft natuurseries voor de BBC geproduceerd. Watson is een avonturier én een boeiend verteller. Dat heeft geresulteerd in een serie boeken waarvan ik er kortgeleden pas één heb gelezen en dat smaakt naar meer.

Het gaat mij hier om een passage in zijn boek ‘Gifts of Unknown Things’ waar hij de kwantumfysica in drie pagina’s bijzonder helder uit de doeken doet in een poging tot verklaring van zijn belevingen op een klein Indonesisch eiland waar de lokale bevolking bijzondere verschijnselen als onderdeel van het dagelijks leven aanvaard. Ik kan het volledige boek aanraden, alleen al om het soepele leesplezier ervan.

Het boek als metafoor van de toestandsgolf

Maar dan hier het stuk waar het omgaat: Watson presenteert hier een heel goed begrijpelijke metafoor over de kwantumfysische werkelijkheid als een boek waar elk paar bladzijden een van de oneindige mogelijke toestanden van het universum bevat. Waar het boek openvalt is onvoorspelbaar maar het boek is zodanig gebonden en gebruikt dat het wel een voorkeur vertoont voor zekere bladzijden. Zolang het boek nog dicht ligt is alles mogelijk, alle bladzijden – alle mogelijkheden – zijn nog open. Dat is de situatie dat de toestandsgolf nog niet is ingeklapt. Het openen van het boek is dus de meting, de waarneming van de waarnemer waarbij slechts één paar bladzijden nu leesbaar is. Maar eigenlijk is dus alles mogelijk. Sumo – die in de tekst genoemd wordt – is een van de bewoners van het eiland die vanwege zijn geloofssysteem niet kan aanvaarden wat hij ziet totdat een dramatische afloop nodig is.

A Modern Physics Problem

“Modern physics has a problem. In Newton's time, concern was directed largely at measuring things, because he believed, as many people still do today, that everything was knowable, and it was just a matter of clear thinking and lots of hard work. It was felt that the collection of information was vital and that when enough was available, the rest could be calculated or inferred. So classical physics for two centuries concerned itself almost entirely with the motion of bodies and the force of fields.

Then Heisenberg showed it was impossible to determine exactly the position and momentum of any body at a single instant in time. This discovery in itself would have been of only academic importance if it had not also shown that changes were necessary in some of the most basic equations of physics. The changes were made, and they resulted in the development of quantum mechanics, and this has begun to bring about a major philosophical revolution.

Physics is concerned with systems. As an example, let's choose a system made up of a number of moving particles that happen to look like the letters of the alphabet. The old physics had its classical equations of motion which were supposed to be able to calculate the complete state of such a system. Let's say that what they had in mind was an arrangement something like this page of this book. A pattern in code which would need deciphering but which could be used, they thought, like the Rosetta Stone, to understand the language and to predict the form of all future states, the pattern on all pages that might precede or follow this one.

The new physics says fine, but there is a problem. There is no such thing as a single state. Each system has an infinite number of possible states, and it exists in all of them simultaneously. Quantum mechanics recognizes not the page, but the whole book as a more valid expression of the pattern of a system at any one moment in time. In fact, it goes a lot further than this thin book can, because it needs an infinite number of pages.

Now, when we try to observe a physical system, when we attempt to make a measurement, we do not find a particle moving at a number of velocities, located in widely different positions. We catch the system in one of its infinite number of states. When we open a book, we see only one of the many different pages. With the book lying closed on the table in front of you, all those pages or states already exist, and any page is possible. The probability is not necessarily equal; there is usually a bias built into the binding which makes the book open more easily at a well-thumbed page. But with the covers closed, the system is open. It is a multiple state and enters a single state only when a reader comes along to take a measurement or make an observation.

In the words of quantum mechanics, an observer collapses the system into one of its component states. He is not part of the system, he is not one of the letters that make up the pattern on the pages, and he cannot be included in the equations. But neither can he be left out, because without him there cannot be any particular pattern. Without an observer, there is no description; but no description can be considered complete unless it takes into account the effects of the observer who made it. There is no such thing as an objective experiment.

This is the measurement problem, and it has left much of the physics community in a state of considerable disquiet. There are inevitably a number of unconvinced Newtonians (like Sumo) who are doing their best to discredit this interpretation, but so far they have had very little success. The uncertainty just won't go away. In fact, it gets more alarming all the time.

When a system is observed, it collapses into one of its states. But what happens when there is more than one observer?

Science refuses to accept as valid any measurement made by only one person. The experiment has to be repeatable and produce the same result. So when two scientists in widely separated laboratories succeed in making the same measurement, when they get the book to open at precisely the same page, there must be some factor which at that moment puts them on common ground. They must be linked. This linkage, which provides them both with the same page number, is a procedure that we call experimental protocol. It has to be followed precisely or the experiment will "fail"—the book will open elsewhere. It is a very strict procedure with a precise set of rules which require that individuality be held as far as possible in abeyance. It suggests that the scientific approach is a ritual, an incantation, a set of magic words and gestures for producing the desired effect.

And what if there are two observers stationed at the same vantage point? Assume that the two scientists involved in this work happened to be together in the laboratory when the experiment was completed successfully for the very first time. They were exploring new territory, so there was no established protocol; they were simply following a hunch. They collapsed the system and exposed one of its states. Both made the same observation. They saw the same page. This could happen only if the observation process itself united them in some way, or if one of them saw the state first and imposed his view of it on the other. Both sides in the quantum-mechanical argument support the theory of relativity which says it is not possible to put either of the observers first. So that leaves us with only one possibility. Observers of the same state at any moment in time are coupled. And if there are more than two, they are grouped. And as joint observers are often too far apart to hold hands or make any normal physical contact during the process of observation, they must be united by some nonphysical factor.

There is only one nonphysical entity that is nevertheless real and sufficiently widespread to be held responsible.

Our consciousness.”

Uit: Gifts of Unknown Things by Lyall Watson published by Inner Traditions International and Bear & Company, © 1991. All rights reserved.
http://www.Innertraditions.com  
Reprinted with permission of publisher.

Helemaal mee eens.

Deelnemers gezocht voor een cursus kwantumfysica

Op 1 november a.s. start de cursus ‘Kwantumfysica voor niet-fysici‘ bij de Volkshogeschool Den Haag. Dat is een zes-delige cursus die op locatie wordt gegeven. De locatie, het Zandvliet Lyceum, is op loopafstand van station Den Haag Centraal. Maar online deelname is – al is dat op de website informatie niet aangegeven – is mogelijk. Er zijn op dit moment van schrijven nét te weinig inschrijvingen om de cursus door te laten gaan.

Eerste college: Maandag 1 november 2021

Rooster: 6 lessen van 2,5 uur aanvangstijd 19:30.

Prijs: € 194,00

Tijd: 19:30 – 22:00

Locatie:

Zandvliet Lyceum
Bezuidenhoutseweg 40
2594 AW Den Haag
Lokaal: 2.07

Zwaartekracht

Gravitons vervormen ruimtetijd @ mindblowingphysics.pbworks.com

Paradoxen als wegwijzers naar de waarheid

Ik ben dol op paradoxen. Ze bieden de gelegenheid om je veronderstellingen kritisch te onderzoeken. Dat doet een wetenschapper als het goed is, niet ontkennen of negeren maar er recht op af. Zo werd de kwantum paradox – de kwantum collaps, een deeltje kan zich op verschillende plaatsen tegelijk bevinden maar manifesteert zich uiteindelijk op één plaats wanneer we het proberen waar te nemen – aangepakt door een klassiek fysische oorzaak aan te wijzen, namelijk de zwaartekracht. Lezers van mijn boek weten al dat mijn opinie is dat de waarnemer dit doet met zijn bewustzijn. Maar dat is een hypothese die veel fysici in het verkeerde keelgat schiet. Zelfs een uitmuntend denker en fysicus als Carlo Rovelli – lees Helgoland – zoekt de verklaring in een eigenschap van de materie, namelijk dat materie slechts fysiek bestaat in wisselwerking met andere materie. Daarmee schakelt hij het bewustzijn van de waarnemer uit als oorzaak van de kwantumcollaps maar kent aan materie dan welhaast telepathische eigenschappen toe, hoewel hij wijselijk die term niet gebruikt.

Zwaartekracht als oorzaak van de kwantumcollaps

De zwaartekracht hypothese – de zwaartekracht is de oorzaak van de kwantumcollaps – is daarom een populaire hypothese. Die hypothese is voor het eerst voorgesteld door de Hongaarse fysicus Károlyházy Frigyes in 1960 en later nog eens door Lajos Diosi in 1980. In 1980 werd dit idee opgepakt door de bekende fysicus Roger Penrose en verder uitgewerkt. Het leek een vruchtbaar idee en plaatste de kwantumcollaps weer terug in het zuiver fysische domein. Tot opluchting van veel fysici. Hopelijk was de paradox hiermee de wereld uit. Maar het moet natuurlijk wel getest kunnen worden, zoals elke hypothese en dat was in dit geval niet eenvoudig. Het leek zelfs niet mogelijk.

Het idee achter deze hypothese is dat het zwaartekracht veld geen deel uitmaakt van het kwantumveld. Het zwaartekracht veld van een object kan daarom niet op meerdere plekken aanwezig zijn en dat maakt dat het object moet ‘kiezen’ voor een plek. Ik kan hier niet laten erop te wijzen dat een veld – een toestand van de lege ruimte die krachten uitoefent op de objecten er in – een abstract concept is dat door veelvuldige toepassing de status verkregen heeft van iets dat fysiek bestaat. We weten nog steeds niet wat zwaartekracht is en het lijkt me geen goed idee om iets dat we niet begrijpen de oorzaak te maken van iets anders dat we niet begrijpen. Helemaal een probleem als je je hypothese niet kunt testen.

Een test van de zwaartekrachthypothese

Maar het testen van de hypothese – kwantumcollaps door zwaartekracht – lijkt nu mogelijk, uitgaande van het idee van een fysieke kwantumcollaps. Een geladen deeltje dat ‘verschijnt’ ten gevolge van een fysieke oorzaak zal bij dat verschijnen een foton moeten uitzenden. Dat is een uiterst zwak foton maar als dit met een aantal geladen deeltjes tegelijk gebeurt dan wordt het effect meetbaar.

Gravity is unlikely to be the cause of quantum collapse, suggests an underground experiment at Italy’s Gran Sasso National Laboratory. © Tommaso Guicciardini/Science Source

Om dat effect te kunnen opwekken is een speciale detector gebouwd die vervolgens zo goed als mogelijk afgeschermd is tegen achtergrond straling. Dat is gedaan door deze detector in te pakken in lood en dan 1,4 km onder de grond te plaatsen in het Gran Sasso Nationale laboratorium. Het door Roger Penrose voorspelde effect, aanmerkelijk groter dan de omgevingsstraling in die situatie, werd niet gemeten. Hiermee is de zwaartekrachthypothese dus gefalsifieerd. Lees voor meer details het betreffende artikel in Science.

Jammer? Welnee.

Dit is natuurlijk een teleurstelling voor de materialistisch ingestelde fysici, weer een leuke hypothese minder. Maar wat mij betreft weer een stapje dichter bij de mijns inziens juiste interpretatie. Wij creëren de wereld door die te ervaren. In ons bewustzijn.