Квантовая запутанность: «Жуткий эффект на расстоянии» - просто объяснил

Запутанность - это квантовое физическое явление. В этом практическом совете мы объясняем, что такое квантовая запутанность и что в ней такого особенного.

Квантовая запутанность: «жуткий эффект на расстоянии»?

Квантовая запутанность - это явление, при котором две пространственно разделенные частицы могут обмениваться информацией об их свойствах мгновенно (т.е. без задержки по времени). Это противоречит всем законам классической физики. Даже Эйнштейн отвергал этот «эффект на большом расстоянии» на протяжении всей своей жизни, поскольку он должен был быть в состоянии передавать информацию быстрее, чем скорость света.

• Чтобы понять запутанность, требуется принцип суперпозиции. Тогда частица находится во всех возможных состояниях, пока измерение не будет сделано. Частица, на которой еще не было произведено никаких измерений, находится в состоянии суперпозиции всех возможных состояний. Например, спин электрона не зафиксирован перед измерением (эксперимент Штерна-Герлаха). Только когда он попадает на экран, электрон получает спин «вверх» или «вниз» (направленное квантование). Измерение разрешает суперпозицию, и частица принимает одно из возможных состояний. Суперпозиция также легко понять на основе эксперимента с двумя щелями. Не влияя на двойную щель, получается типичная интерференционная картина на экране, даже если каждая отдельная частица попадает в определенную точку на экране, а распределение на экране следует функции вероятности. Эта вероятностная картина уничтожается путем измерения одного из пробелов. Частица приводится в состояние только путем измерения.
• Из-за принципа суперпозиции испускаемые частицы остаются в неясном состоянии, пока они не измерены. В экспериментах по запутыванию два электрона генерируются одновременно. Ваш спин измеряется в двух разных устройствах. Можно видеть, что каждый из электронов имеет противоположный спин. Это удивительно, так как в соответствии с принципом суперпозиции состояние еще не было определено до измерения. Нельзя утверждать, что электроны с противоположным спином уже присутствовали, когда они были сформированы. Только при измерении одна частица выбирает одно состояние, а другая частица - другое состояние. Несмотря на пространственное расстояние друг от друга, два электрона следует понимать как систему, которая находится в состоянии суперпозиции перед измерением. Сопоставимые эксперименты могут также проводиться с запутанными «двойными фотонами» и другими частицами.
• Измерение на запутанной частице немедленно определяет состояние другой частицы. Максимальная скорость передачи информации, как того требует Эйнштейн, распространяется только на отдельные отдельные объекты.
• Пока что явления запутывания наблюдаются только на уровне частиц. Существует ли мгновенная передача информации также в нашем мире или даже в макрокосме? Альберт Эйнштейн, который крайне скептически относится к запутыванию, уже описал искривление пространства-времени в общей теории относительности и в начале обещал возможное существование червоточин. Даже в червоточинах, которые, как безмассовые структуры, являются результатом исключительно геометрии пространства-времени, два отдаленных места связаны друг с другом таким образом, что пространство и время сливаются в одну точку. Материя и информация, которые летят через эту червоточину, незамедлительно попадают из одного места в другое.
• Мгновенный обмен информацией также принес бы огромную практическую пользу в нашей высокотехнологичной повседневной жизни. Так называемые квантовые компьютеры должны придерживаться принципа запутанности. Если информация обрабатывается на компьютере, она будет немедленно доступна на компьютере получателя без каких-либо задержек.