Квантово заплитане
From Wikipedia, the free encyclopedia
Квантовото заплитане, също преплитане и вплитане[1] е физично явление, при което двойка или група частици се образува, взаимодейства или споделя пространствена близост по такъв начин, че квантовото състояние на всяка частица от двойката или групата не може да бъде описано независимо от състоянието на другите, дори когато са разделени от голямо разстояние (все едно разделените частици са свързани помежду си). Темата на квантовото заплитане заема централно място в несъответствието между класическата и квантовата физика.
Серия статии на тема Квантова механика |
Основни понятия
Вълнова функция ⋅ Квантово състояние ⋅ Квантово заплитане ⋅ Съотношение на неопределеност на Хайзенберг ⋅ Корпускулярно-вълнов дуализъм ⋅ Принцип на Паули ⋅ Принцип на съответствието ⋅ Константа на Планк ⋅ Квант ⋅ Тунелен преход ⋅ Квантова суперпозиция
Теории
Експерименти
Статистики
Физици
Макс Планк · Луи дьо Бройл · Ервин Шрьодингер · Вернер Хайзенберг · Нилс Бор · Волфганг Паули · Макс Борн · Пол Дирак · Джон фон Нойман · Алберт Айнщайн · Дейвид Бом · Ричард Файнман · Хю Еверет · Юджин Уигнър
|
Измерванията на физичните свойства (като например местоположение, импулс, спин и поляризация) на вплетените частици са подвластни на идеална корелация. Например, ако двойка вплетени частици се образува по такъв начин, че техният общ спин е нула, а за едната частица се знае, че има спин по часовниковата стрелка по първата ос, тогава спинът на другата частица по същата ос ще бъде обратен на часовниковата стрелка. Това поведение поражда привидно парадоксални ефекти – всяко измерване на свойство на частица води до необратим колапс на вълновата функция на въпросната частица и би променило първоначалното ѝ квантово състояние. В случая на вплетени частици, едно такова измерване би засегнало цялата система като цяло.
Именно такива явления са обект на труд от 1935 г. на Алберт Айнщайн, Борис Подолски и Натан Розен,[2] а скоро след тях и на няколко труда на Ервин Шрьодингер,[3][4] които описват мисловен експеримент, наречен парадокс на Айнщайн-Подолски-Розен. Айнщайн и други учени смятат, че такова поведение е невъзможно, тъй като нарушава принципа на локалността и че поради това приетата формулировка на квантовата механика е все още незавършена.
По-късно, неинтуитивните прогнози на квантовата механика са експериментално потвърдени[5][6][7] в поредица опити, при които поляризацията или спинът на вплетените частици се измерват на отделни места, статистически нарушавайки неравенството на Бел. В по-ранните опити не е напълно изключено резултатът от една точка да е бил предаван до отдалечена точка, въздействайки на резултата при втората позиция.[7] Провеждани са и опити, при които местата са толкова отдалечени, че комуникацията със скоростта на светлината да отнема до 10 хиляди пъти повече време, отколкото интервалът между измерванията.[6][5]
Според някои интерпретации на квантовата механика, влиянието на всяко измерване се разпространява мигновено. Други интерпретации не допускат колапс на вълновата функция и изключват каквото и да е влияние. Все пак, всички интерпретации се съгласяват, че квантовото заплитане води до корелация между измерванията и че взаимната информация между вплетените частици може да бъде използвана, но и също така, че пренос на информация със скорост, по-висока от тази на светлината, е невъзможен.[8][9]
Квантовото заплитане е демонстрирано опитно с фотони,[10][11] неутрино,[12] електрони,[13][14] молекули с големината на бъкминстърфулерен[15][16] и дори малки диаманти.[17] На 13 юли 2019 г. учени от Глазгоуския университет докладват, че са направили първата снимка на силен вид квантово заплитане.[18][19] През 2022 г. Нобеловата награда за физика e присъдена на Ален Аспе, Джон Клаузър и Антон Цайлингер за експерименталното доказване на квантовото заплитане.[20] Използването на квантовото заплитане в комуникациите, изчисленията и квантовите радари е много активна област на изследване в днешно време.