Kvantna zapletenost

Kvantna zapetljanost je fizički fenomen koji se javlja kada se grupa čestica generira, komunicira ili dijeli prostornu blizinu na način da se kvantno stanje svake čestice grupe ne može opisati neovisno o stanju ostalih, uključujući i kada su čestice razdvojene velikom razdaljinom. Tema kvantne isprepletenosti je u srcu dispariteta između klasične i kvantne fizike: isprepletenost je primarna karakteristika kvantne mehanike koja nije prisutna u klasičnoj mehanici.

Mjerenja fizičkih svojstava kao što su položaj, zamah, spin i polarizacija koja se vrše na zamršenim česticama mogu se, u nekim slučajevima, utvrditi kao savršeno korelirana. Na primjer, ako se par isprepletenih čestica generiše tako da je njihov ukupni spin nula, a za jednu česticu se utvrdi da se vrti u smjeru kazaljke na satu na prvoj osi, tada spin druge čestice, mjeren na istoj osi, utvrđeno je da je u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Međutim, ovo ponašanje dovodi do naizgled paradoksalnih efekata: svako mjerenje svojstava čestice dovodi do ireverzibilnog kolapsa valne funkcije te čestice i mijenja prvobitno kvantno stanje. Sa upletenim česticama, takva mjerenja utiču na upleteni sistem u cjelini.

Takvi fenomeni bili su predmet rada Alberta Einsteina, Borisa Podolskog i Nathana Rosena iz 1935.^[1] i nekoliko radova Erwina Schrödingera ubrzo nakon toga,^[2][3] koji opisuju ono što je postalo poznato kao EPR paradoks. Ajnštajn i drugi smatrali su takvo ponašanje nemogućim, jer je kršilo gledište o kauzalnosti lokalnog realizma (Ajnštajn ga je nazvao "sablasnom akcijom na daljinu")^[4] i tvrdili da prihvaćena formulacija kvantne mehanike stoga mora biti nepotpuna.

Kasnije su, međutim, kontraintuitivna predviđanja kvantne mehanike verificirana^[5][6][7] u testovima gdje je polarizacija ili spin zapletenih čestica mjeren na različitim lokacijama, statistički narušavajući Bellovu nejednakost. U ranijim testovima nije se moglo isključiti da je rezultat u jednom trenutku mogao biti suptilno prenijet na udaljenu tačku, što je uticalo na ishod na drugoj lokaciji.^[7] Međutim, izvedeni su takozvani Bell testovi "bez rupa" gdje su lokacije bile dovoljno razdvojene da bi komunikacija brzinom svjetlosti trajala duže - u jednom slučaju, 10.000 puta duže - od intervala između mjerenja.^[5][6]

Prema nekim tumačenjima kvantne mehanike, efekat jednog merenja se javlja trenutno. Druge interpretacije koje ne prepoznaju kolaps talasne funkcije osporavaju da uopšte postoji bilo kakav "efekat". Međutim, sva tumačenja se slažu da isprepletanje proizvodi korelaciju između mjerenja i da se međusobne informacije između isprepletenih čestica mogu iskoristiti, ali da je bilo kakav prijenos informacija brzinom većom od svjetlosti nemoguć.^[8][9]

Kvantna zapetljanost je eksperimentalno demonstrirana s fotonima,^[10][11] neutrinima,^[12] elektronima,^[13][14] molekulima velikim kao buckyballs,^[15][16] pa čak i malim dijamantima.^[17][18] Korištenje zapleta u komunikaciji, računanju i kvantnom radaru vrlo je aktivno područje istraživanja i razvoja.

1. ^ Einstein A, Podolsky B, Rosen N; Podolsky; Rosen (1935). "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?". Phys. Rev. 47 (10): 777–780. Bibcode:1935PhRv...47..777E. doi:10.1103/PhysRev.47.777.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
2. ^ Schrödinger E (1935). "Discussion of probability relations between separated systems". Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society. 31 (4): 555–563. Bibcode:1935PCPS...31..555S. doi:10.1017/S0305004100013554.
3. ^ Schrödinger E. (1936). "Probability relations between separated systems". Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society. 32 (3): 446–452. Bibcode:1936PCPS...32..446S. doi:10.1017/S0305004100019137.
4. ^ Physicist John Bell depicts the Einstein camp in this debate in his article entitled "Bertlmann's socks and the nature of reality", p. 143 of Speakable and unspeakable in quantum mechanics: "For EPR that would be an unthinkable 'spooky action at a distance'. To avoid such action at a distance they have to attribute, to the space-time regions in question, real properties in advance of observation, correlated properties, which predetermine the outcomes of these particular observations. Since these real properties, fixed in advance of observation, are not contained in quantum formalism, that formalism for EPR is incomplete. It may be correct, as far as it goes, but the usual quantum formalism cannot be the whole story." And again on p. 144 Bell says: "Einstein had no difficulty accepting that affairs in different places could be correlated. What he could not accept was that an intervention at one place could influence, immediately, affairs at the other." Downloaded 5 July 2011 from Bell, J. S. (1987). Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics (PDF). CERN. ISBN 0521334950. Arhivirano s originala (PDF), 12. 4. 2015. Pristupljeno 14. 6. 2014.
5. ^ ^{a b} Yin, Juan; Cao, Yuan; Yong, Hai-Lin; Ren, Ji-Gang; Liang, Hao; Liao, Sheng-Kai; Zhou, Fei; Liu, Chang; Wu, Yu-Ping (2013). "Bounding the speed of 'spooky action at a distance". Physical Review Letters. 110 (26): 260407. arXiv:1303.0614. Bibcode:2013PhRvL.110z0407Y. doi:10.1103/PhysRevLett.110.260407. PMID 23848853.
6. ^ ^{a b} Matson, John (13. 8. 2012). "Quantum teleportation achieved over record distances". Nature News. doi:10.1038/nature.2012.11163.
7. ^ ^{a b} Francis, Matthew. Quantum entanglement shows that reality can't be local, Ars Technica, 30 October 2012
8. ^ Roger Penrose, The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe, London, 2004, p. 603.
9. ^ Griffiths, David J. (2004), Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.), Prentice Hall, ISBN 978-0-13-111892-8
10. ^ Kocher, CA; Commins, ED (1967). "Polarization Correlation of Photons Emitted in an Atomic Cascade". Physical Review Letters. 18 (15): 575–577. Bibcode:1967PhRvL..18..575K. doi:10.1103/PhysRevLett.18.575.
11. ^ Carl A. Kocher, Ph.D. Thesis (University of California at Berkeley, 1967). Polarization Correlation of Photons Emitted in an Atomic Cascade
12. ^ J. A. Formaggio, D. I. Kaiser, M. M. Murskyj, and T. E. Weiss (2016), "Violation of the Leggett-Garg inequality in neutrino oscillations". Phys. Rev. Lett. Accepted 23 June 2016.
13. ^ Hensen, B. (21. 10. 2015). "Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres". Nature. 526 (7575): 682–686. arXiv:1508.05949. Bibcode:2015Natur.526..682H. doi:10.1038/nature15759. PMID 26503041. Nepoznati parametar |displayauthors= zanemaren (prijedlog zamjene: |display-authors=) (pomoć) See also free online access version.
14. ^ Markoff, Jack (21. 10. 2015). "Sorry, Einstein. Quantum Study Suggests 'Spooky Action' Is Real". The New York Times. Pristupljeno 21. 10. 2015.
15. ^ Arndt, M; Nairz, O; Vos-Andreae, J; Keller, C; van der Zouw, G; Zeilinger, A (14. 10. 1999). "Wave–particle duality of C₆₀ molecules". Nature. 401 (6754): 680–682. Bibcode:1999Natur.401..680A. doi:10.1038/44348. PMID 18494170. (Pretplata potrebna)
16. ^ Olaf Nairz, Markus Arndt, and Anton Zeilinger, "Quantum interference experiments with large molecules", American Journal of Physics, 71 (April 2003) 319–325.
17. ^ Lee, K. C.; Sprague, M. R.; Sussman, B. J.; Nunn, J.; Langford, N. K.; Jin, X.- M.; Champion, T.; Michelberger, P.; Reim, K. F. (2. 12. 2011). "Entangling macroscopic diamonds at room temperature". Science. 334 (6060): 1253–1256. Bibcode:2011Sci...334.1253L. doi:10.1126/science.1211914. PMID 22144620.
18. ^ sciencemag.org, supplementary materials