Как изглежда огледалото Qubit
Огледалото играе важна роля не само в историята на Снежанка, но и в ежедневието ни, както и като основен инструмент за астрономия и други области на изследване чрез широк спектър от различни оптични устройства. И размисълът също се превърна в символ на познанието, на представянето на света, един от крайъгълните камъни на нашето мислене. Но колко добре познаваме механизма, чрез който огледалото отразява светлината, фокусира, увеличава или приближава далечни звезди? Можем да илюстрираме много от законите на оптиката с проста аналогия, когато си представяме малки топчета, които отскачат от огледалото еластично и продължават пътя си по права линия, но това изображение не разказва много за действителния процес, който протича между материал на огледалата и светлината. Следователно си струва да помислим малко по-задълбочено за тези процеси.
Как да си направим огледало?
Огледало може да се създаде чрез нанасяне на тънък слой метал върху равномерно гладък лист стъкло. Но защо металите имат свойството да отразяват светлината с добра ефективност? Разбирането на това се подпомага от разбирането на свойствата на електропроводимостта на металите. Ключът към процеса се крие в движението на електроните. Електроните са разположени в различни черупки в атомите, орбитите с по-висока енергия винаги са много по-дифузни, изминавайки по-големи разстояния от ядрото на атома. Металите се характеризират с факта, че в най-външната орбита има само един или два електрона, които могат лесно да бъдат отстранени от там. В чистите метали тези външни писти се свързват и образуват обширна мрежа, те се наричат ленти.
В тези ленти капацитетът за поглъщане на електрони е краен, което следва от специално свойство на електрона: това е принципът на изключване, създаден от австрийския швейцарско-американски физик-теоретик Волфганг Паули. Принципът забранява две фермиони в едно и също квантово механично състояние, т.е. полуспинови частици, като електрони, да бъдат в една и съща орбита. Поради принципа на изключване, в метала ще има ленти, които са напълно, а също и наполовина натоварени. Разбира се, има и празни ленти, но електронът може да стигне до тук само с голяма инвестиция на енергия. Ключовата роля в проводимостта играят полунатоварените ленти, тъй като тук е възможно допълнителни електрони да стигнат там. Това се нарича лента за шофиране. Разпределението на енергията на електроните, чиито правила произтичат от гореспоменатия принцип на изключване, е изследвано от италианския физик Енрико Ферми.
Принципът на Паули обаче не се прилага за бозони с цял спин, където произволен брой частици могат да бъдат в една и съща орбита. Ето защо свръхпроводимостта се причинява, когато при критична температура някакво взаимодействие „опакова“ два електрона, за да образува бозони.