Splątanie jest przedstawiane jako „aktywne łącze” tylko dlatego, że większość ludzi - w tym autorzy popularnych (a czasem nawet niepopularnych, używając słów Sidneya Colemana) książek i artykułów - nie rozumie mechaniki kwantowej. I nie rozumieją mechaniki kwantowej, ponieważ nie chcą wierzyć, że jest ona zasadniczo poprawna: zawsze chcą sobie wyobrazić, że pod wszystkimi obserwacjami kryje się jakaś fizyka klasyczna. Ale takiego nie ma.

Masz całkowitą rację, że w połączeniu między splątanymi cząstkami nie ma nic aktywnego. Splątanie to tylko korelacja - taka, która może potencjalnie wpływać na wszystkie kombinacje wielkości (które są wyrażane jako operatory, więc miejsce na rozmiar i typy korelacji jest większe niż w fizyce klasycznej). Jednak we wszystkich przypadkach w prawdziwym świecie korelacja między cząstkami wywodzi się z ich wspólnego pochodzenia - pewnej bliskości, która istniała w przeszłości.

Ludzie często mówią, że jest coś „aktywnego”, ponieważ wyobrażają sobie, że istnieje prawdziwy proces znany jako „załamanie funkcji falowej”. Pomiar jednej cząstki w parze „powoduje” załamanie się funkcji falowej, co „aktywnie” wpływa również na drugą cząstkę. Pierwszemu obserwatorowi, który zmierzy pierwszą cząstkę, udaje się „zapaść” drugą cząstkę.

Ten obraz jest oczywiście wadliwy. Funkcja falowa nie jest prawdziwą falą. To po prostu zbiór liczb, których jedyną zdolnością jest przewidywanie prawdopodobieństwa wystąpienia zjawiska, które może się wydarzyć w pewnym momencie w przyszłości. Funkcja falowa zapamiętuje wszystkie korelacje - ponieważ dla każdej kombinacji pomiarów splątanych cząstek mechanika kwantowa przewiduje pewne prawdopodobieństwo. Ale wszystkie te prawdopodobieństwa istnieją również na chwilę przed pomiarem. Kiedy rzeczy są mierzone, jeden z rezultatów jest właśnie realizowany. Aby uprościć rozumowanie, możemy zapomnieć o możliwościach, które już się nie zdarzają, ponieważ wiemy już, co się stało z pierwszą cząstką. Ale ten krok, w którym pierwotne całkowite prawdopodobieństwa dla drugiej cząstki zostały zastąpione prawdopodobieństwami warunkowymi, które uwzględniają znany wynik dotyczący pierwszej cząstki, jest tylko zmianą naszej wiedzy - a nie zdalnym wpływem jednej cząstki na drugą. . Żadna informacja nie może być udzielona szybciej niż światło za pomocą splątanych cząstek. Kwantowa teoria pola ułatwia udowodnienie, że informacje nie mogą rozprzestrzeniać się w odstępach podobnych do kosmosu - szybciej niż światło. Ważnym faktem w tym rozumowaniu jest to, że wyniki skorelowanych pomiarów są nadal losowe - nie możemy zmusić drugiej cząstki do pomiaru „w górę” lub „w dół” (i przesyłać informacji w ten sposób), ponieważ nie Nie mamy takiej kontroli nawet nad naszą własną cząstką (nawet w zasadzie: nie ma żadnych ukrytych zmiennych, wynik jest rzeczywiście losowy zgodnie z prawdopodobieństwami przewidzianymi przez QM).

Polecam późno Doskonały wykład Sidneya Colemana Quantum Mechanics In Your Face, który omówił tę i inne koncepcyjne kwestie mechaniki kwantowej oraz pytanie, dlaczego ludzie wciąż mówią o niej głupie rzeczy:

http: // motls .blogspot.com / 2010/11 / sidney-coleman-quantum-mechanics-in.html

Chciałbym uzupełnić odpowiedź @ Luboš Motl, z którą się zgadzam. Chodzi mi o to, dlaczego ludzie nadal popełniają ten błąd aktywnego łącza. Ten błąd jest związany z jedną z najciekawszych właściwości mechaniki kwantowej, twierdzeniem Bella. Można argumentować, że każda teoria fizyczna jest teorią zmiennych ukrytych , a zmienna ukryta jest opisem stanu obiektu, jaki napisał opisujący go teoretyk. Dla teorii kwantów funkcja falowa obiektu jest zmienną ukrytą .

Twierdzenie Bella stwierdza, że ​​przewidywanie teorii kwantów nie może być opisane żadną lokalną teorią zmiennych ukrytych. Dokładniej, dla każdego stanu splątanego można znaleźć zestaw pomiarów ze statystykami sprzecznymi z jakąkolwiek lokalną teorią zmiennych ukrytych. Trzy możliwe wyjaśnienia to:

1. Natura nie jest lokalna: twój opis fizyczny jest rzeczywistym obiektem fizycznym, a między dwiema splątanymi cząstkami istnieje aktywne nielokalne połączenie.
2. Natura nie jest realistyczna: twój stan fizyczny jest tylko przybliżeniem i nie ma prawdziwego znaczenia.
3. Natura nie jest kwantowa.

(1) jest dużo łatwiejsze do wyjaśniać i pojawia się często w popularno-naukowym, głównie dlatego, że (2) jest dużo trudniejsze do wyjaśnienia i zaakceptowania. Ale myślę, że większość badaczy zajmujących się splątaniem woli wyjaśnienie (2). Intuicja Einsteina wynosiła 3 (przed twierdzeniem Bella), ponieważ nie mógł zaakceptować (1) i (2).

Co ciekawe, oryginalny artykuł Einsteina z 1936 r. na temat paradoksu EPR dotyczył przypadku, w którym można łatwo znaleźć lokalną teorię zmiennych ukrytych. Stan opisał to, co obecnie nazywa się stanem ściśniętym w dwóch trybach. Jej funkcja Wignera jest dodatnia i dlatego może być interpretowana jako klasyczny rozkład prawdopodobieństwa pomiarów kwadraturowych (położenia i pędu), jedyny omawiany w artykule EPR. Taka klasyczna analiza splątania może być teoretycznie bardzo przydatna i w niektórych przypadkach pomóc intuicji bez potrzeby strasznego działania na odległość . Jednak, jak wykazał Bell, taka teoria lokalnych zmiennych ukrytych nie może być wystarczająco ogólna, aby objąć całą mechanikę kwantową.

Po prostu ładny analog Prof. Jürgen Audretsch powiedział mi kiedyś:

Wyobraź sobie, że w domu wkładasz jedną rękawiczkę do płaszcza bez patrzenia (i zauważasz, że to tylko jedna z dwóch). Po wyjściu z pociągu zauważasz, że jest zimno i wyciągasz tę jedną rękawiczkę. W tej chwili wiesz, że to lewa lub prawa rękawica i dlatego wiesz, która z nich została w domu. Jednak żadne informacje nie zostały przekazane przez Twój „pomiar”. Oczywiście w mechanice kwantowej jest to bardziej skomplikowane ze względu na nie do końca mierzalną funkcję falową, ale to jest podstawowa idea.

W rzeczywistości Twój pogląd jest dość zbliżony do „oficjalnego”; splątanie występuje tylko dlatego, że obie cząstki są opisane jedną funkcją falową; Magia polega na naszym klasycznym zwyczaju myślenia, że ​​oddzielne obiekty są opisywane za pomocą oddzielnych „współrzędnych”.

Nie jest dla mnie oczywiste, dlaczego splątanie kwantowe jest uważane za ogniwo aktywne

Przeanalizujmy konkretny wariant paradoksu EPR. Prawdopodobnie już to wiesz, ale nie wiem, jak wyjaśnić problem w inny sposób:

Rozważmy źródło, które wytwarza splątane pary fotonów spolaryzowane w kierunku z, ze spinem 0, i dwóch fizyków Alice i Bob dokonujący pomiarów.

Alicja zawsze mierzy składową spinową swojego fotonu w kierunku x, podczas gdy Bob może mierzyć składową spinową swojego fotonu w kierunku x lub y.

Załóżmy, że źródło, Alicja i Bob są w spoczynku względem ramy laboratorium, ale Bob jest bliżej źródła i najpierw dokonuje pomiaru. Jeśli Bob wykona pomiar w kierunku y, pomiary Alicji będą nieskorelowane. Jeśli Bob wykona pomiar w kierunku x (poprawiony), wyniki będą skorelowane: Alicja zawsze będzie mierzyć odwrotny spin.

Jest to paradoksalne, jeśli założysz, że załamanie funkcji falowej jest rzeczywiste i lokalne, jednak zdarza się (magia, dekoherencja, interakcje stochastyczne lub cokolwiek innego unosi się na twojej łodzi).

W jakiś sposób foton Boba musi powiedzieć swojemu partnerowi, że może zrobić, co chce, jeśli pomiar został wykonany w kierunku y, ale zmusić go do zrobienia właściwej rzeczy, jeśli pomiar został wykonany w kierunku x. Te informacje muszą rozprzestrzeniać się szybciej niż światło, aby były dostępne, zanim Alicja dokona pomiaru.

Jest kilka możliwych sposobów wyjścia z tej sytuacji, a wymienię trzy z nich:

Po pierwsze, możesz założyć, że nigdy nie było załamania, że ​​mamy do czynienia tylko z korelacją statystyczną, a paradoks jest wynikiem zastosowania klasycznej intuicji do układów kwantowych.

Po drugie, możesz założyć, że upiorne działanie na odległość jest symetryczne w czasie, tj. pomiary Alicji i Boba będą wysyłać informacje wolniej niż światło, ale wstecz w czasie, aż dotrą do zdarzenia, które stworzyło splątanie, które z kolei wysyła informacje naprzód w czasie. Fotony zawsze będą wiedziały, z jakim spinem będą musiały się skończyć. Pseudo-czas, którego użyłem w moim wyjaśnieniu, jest tylko narzędziem dydaktycznym: proces fizyczny jest interferencją czasową w czasoprzestrzeni.

Po trzecie, możesz zaakceptować, że rzeczywiście istnieją interakcje szybsze niż światło, które nie można ich jednak używać do przesyłania informacji - są one wewnętrznym mechanizmem księgowym, który utrzymuje synchronizację wszechświata. To samo dzieje się w kwantowej teorii pola, co jest wyraźne, jeśli używasz wirtualnego obrazu cząstek, ale nawet bez niego istnieją korelacje między wzbudzeniami pola w separacji podobnej do przestrzeni.

Myślę, że najlepszy obraz do zrozumienia tej korelacji daje interpretacja wielu światów:

Singlet rozkłada się w superpozycji sprzężonej pary cząstek $ | + ⟩_A | -⟩_B + | - ⟩_A | + ⟩_B $, więc obserwator A widzi prostą superpozycję $ | +⟩ + | -⟩ $ (która jest częściowym śladem globalnej macierzy gęstości), podobnie jak B.

W W interpretacji wielu światów obserwator A zostanie podzielony na $ + $ i $ - $ obserwatora (podobnie jak obserwator B). A teraz, gdzie przejawi się efekt korelacji?

Efekt 'sprzężenia' pojawia się, gdy obserwator A i obserwator B łączą się z prędkością podświatłową, aby porównać notatki z pomiarów: (pamiętaj, że według wielu światów , mamy dwóch obserwatorów A i dwóch obserwatorów B).

Obserwatorowi A + nie zezwala zachowanie pędu na interakcję z obserwatorem B + (w przeciwnym razie obaj zgodzą się, że pęd nie został zachowany). Podobnie, obserwator A- nie może wchodzić w interakcje z obserwatorem B- z tego samego powodu.

Zatem pozostałe interakcje między obserwatorami to:

• A + oddziałuje z B -

• A- współdziała z B +

więc stan końcowy to superpozycja $ | + ⟩_A | - ⟩_B $ i $ | -⟩_A | + ⟩_B $, co jest interpretowane jako „korelacja między zdalnymi obserwacjami”.

Nie jest jasne, czy przypadki 1, 2 i 3 są wyczerpujące. W dyskusjach na temat tego zjawiska używa się wielu terminów, które nie są precyzyjnie zdefiniowane, na przykład „cząstka” i „system”. Jeśli występuje splątanie, to jest jeden połączony system i mylące jest nazywanie tego jednego połączonego systemu „dwiema cząstkami”.

Komentarz na temat realizmu i aproksymacji jest również niedokładny: wszystkie pozycje i dane w fizyce klasycznej również są przybliżone, nie ma to nic wspólnego z różnicą między klasycznym a kwantowym lub różnicą między używaniem układu hamiltonowskiego, którego stany są punktami podane przez współrzędne pędu i położenia i przy użyciu systemu Hamiltona, którego punkty są promieniami w przestrzeni Hilberta.

Komentarz o splątaniu pochodzącym tylko z przyległości w przeszłości jest niedokładny i nawet jeśli jest prawdziwy, nie dowodzi niczego, jeśli Huk jest prawdą, więc nic nie stoi na przeszkodzie, aby zaplątać się każda część wszechświata i prawdopodobnie jest splątany, ale w sposób, który nie ma praktycznego znaczenia.

Komentarze ludzi dotykają ważnej kwestii, czy fala funkcja jest obiektywna lub subiektywna. Pogląd, że prawdopodobieństwa reprezentują naszą wiedzę, nazywa się poglądem „bayesowskim”, jest to bayesowska lub subiektywna interpretacja prawdopodobieństwa, w przeciwieństwie do „obiektywnego spojrzenia”, który ma pewne problemy. Ale pogląd bayesowski również ma problemy, ponieważ kończy się łączeniem mechaniki kwantowej ze świadomością zamiast z urządzeniami do pomiaru materiałów, takimi jak liczniki Geigera i komory bąbelkowe.

Kolejna odpowiedź na twoje pytanie jest następująca: ludzie wolą mówią o aktywnym łączu, ponieważ nie mogą zaakceptować subiektywnej interpretacji prawdopodobieństwa i funkcji falowej. Obecnie prowadzi się wiele badań dotyczących pomiarów kwantowych jako faktycznego procesu fizycznego obejmującego ograniczenia termodynamiczne niestabilnych układów o ujemnej temperaturze (komory pęcherzykowe itp.).

Inaczej mówiąc:

1. Alternatywa 1 zakłada implicite, że w połączonym układzie są „dwie cząstki”, ale jest to prawdopodobnie błąd: mechanika kwantowa tak naprawdę nie rozpoznaje żadnego precyzyjnego pojęcia o cząstce. Podobnie jak w przypadku granic termodynamicznych, pojęcie „cząstki” jest użytecznym przybliżeniem w pewnym zakresie ustawień i traci ważność i prowadzi do paradoksów, jeśli spróbujesz użyć go poza granicami jego ważności.

2. Alternatywa 2 zakłada w sposób dorozumiany, że jeśli coś takiego jak funkcja falowa może być zmierzone tylko w przybliżeniu, to nie jest to „fizyczne”, ale jest to nadmiernie uproszczone i kłopotliwe dla ludzi z powodu pozornej konieczności przeciągania widzenia.

3. Alternatywa 3 jest przynajmniej tak otwarta, że ​​nie można znaleźć w niej błędu, ale nie ma też na to ani strzępka eksperymentalnych dowodów. Jedyne problemy związane z QM są logiczne, a nie eksperymentalne.

Dlatego jeśli ktoś kwestionuje ukryte założenia przyjęte na temat nieostrożnego używania pojęć takich jak „cząstka”, „system”, i „prawdopodobieństwa”, istnieje o wiele więcej alternatyw, a ostatecznej odpowiedzi nie ma.

Spróbujmy to zrozumieć poprzez fizykę skarpet. Załóżmy, że masz dwie skarpetki, które są zgodne z klasycznymi prawami fizyki i mają różne kolory. Teraz bierzesz jedną z nich, nie wiedząc, a jedną z nich zostawiasz w domu, nie wiedząc, którą wziąłeś. Następnie, kiedy byłeś na innej planecie, decydujesz się spojrzeć. Stwierdzasz, że jest zielona i możesz wywnioskować, że druga skarpeta musi być niebieska. Dlaczego Ponieważ to fizyka klasyczna. Wiesz, że fizyka klasyczna podążająca za obiektami zachowuje się w ten sposób dzięki doświadczeniu fizyki klasycznej .

Załóżmy teraz, że istnieją dwie splątane skarpetki, które są zgodne z prawami fizyki kwantowej. Zmierzyłeś jeden i mógłbyś wywnioskować drugi ze względu na ich splątaną naturę. Czemu ? Ponieważ przestrzegają praw kwantowych. Prawa kwantowe są dziwniejsze, ale informują o wyniku, który zaistniał. Całe gówno związane z transferem informacji pojawi się, jeśli spróbujesz zrozumieć prawa kwantowe za pomocą klasycznego obrazu. Okazuje się, że nie potrzebujesz go tutaj.

A resztę rozumie odpowiedź Lubosa Motla. Dlaczego funkcja falowa nie jest prawdziwą falą i dlatego w niektórych przypadkach może poruszać się szybciej niż światło, aw innych nie. Twoje prawdziwe cząstki nie mogą podróżować szybciej niż światło, a ewolucja funkcji falowej dostosuje się automatycznie zgodnie z podanymi ograniczeniami, w QFT, a nie w nierelatywistycznej mechanice kwantowej.

Za każdym razem jest powiedziane, że pomiar jednej cząstki wpływa na drugą

Tak, zgadza się. Gdy mierzymy jedną z cząstek, zapewni to stan tej cząstki i jej partnera.

pomiar splątania wpływa na obie cząstki w sposób, który sprawia, że ​​ich stany są identyczne, chociaż nieznane

To nieprawda. Cząstki są splątane przed pomiarem. Pomiar pozwala poznać stan cząstki. Po pomiarze stwierdzamy, że określony jest nie tylko stan cząstki, ale także jej partnerzy. Nie ma sposobu, aby zmierzyć jeden z nich bez wpływu na drugi. Stany po pomiarze niekoniecznie są identyczne. Pomiar splątanych cząstek daje losowe wyniki, które nie są skorelowane z oczekiwaniami, jak będą się zachowywać.

magiczna natychmiastowa modyfikacja odległej splątanej cząstki

Splątana cząstka nie jest natychmiast modyfikowana. Po pomiarze będzie w jednym z możliwych stanów.

Splątanie kwantowe jest uważane za aktywne ogniwo, ponieważ stan obu cząstek zostaje określony, gdy mierzy się tylko jedną.

jakie są problemy związane z tym widokiem?

Wydaje się, że dotknięcie jednej cząsteczki dotyka drugiej bez dotykania!