Пятница , 30 Июль 2021

Запутанные состояния: Квантовая суперпозиция сознания и феномена запутанности субатомных частиц

Содержание

Квантовая суперпозиция сознания и феномена запутанности субатомных частиц

Квантовая суперпозиция сознания и феномена запутанности субатомных частиц – ключ к разгадке саногенетических механизмов гипнотерапии

Доклад на симпозиуме 2 апреля 2016 г.
Цай П.А.

Резюме: Основываясь на достижениях квантовой физики и квантовой психологии, мы считаем, что лечебный процесс наступает вследствие суперпозиции электронов и феномена запутанности субатомных частиц в измененном состоянии сознания.

Гипноз со времен древности и средневековья был для образованных людей своего времени предметом наблюдения и изучения чудодейственных явлений, происходящих с человеком в результате действия на него со стороны других людей, владеющих даром гипнотизма. Гипноз относился к предмету белой и черной магии и использовался с лечебной целью волхвами восточных славян и жрецами египетского духовенства, которые были приближенными фараонов.
Волхвами и жрецами демонстрировались в гипнозе парапсихические феномены и в том числе как средства общения с потусторонним миром и для снятия нечистой силы.

Оккультно-мистические опыты под общим названием пси-феноменов проводятся и в настоящее время адептами оккультных наук, сектами «поднимающихся атлантов». По ходу проведения оккультных опытов при стечении большого количества людей, среди которых находились не мало больных дефектами психики, в толпе происходили спонтанные исцеления у внушаемых индивидов истерическими и истероидными чертами, с диагнозами эпилепсия, параличами опорно-двигательного аппарата, раковой опухолью и многими другими заболеваниями. Мы говорили раньше, что механизмами исцеления является спонтанный переход в гипнотическую фазу запредельного торможения коры головного мозга. Сегодня гипноз в нашей интерпретации трактуется как разновидность формы сознания и является лечебным фактором квантовой электродинамической полевой структуры. В практике психотерапевтов исцеление больных от раковой опухоли в состоянии гипнотической формы сознания мы не считаем чудесными исцелениями или ошибкой в диагнозе, потому что подобные случаи благополучного исхода лечения гипнозом рака не происходят за счет сверхъестественных сил, а происходят в результате суперпозиции и запутанности электронов, протонов и других элементарных частиц, из которых состоит каждая молекула телесных клеток.
И каждый раз в состоянии гипнотического транса в квантовом поле сознания в субатомном мире в альтернативной проекции сознания происходит лечебный эффект, благодаря возникновению альтернативных возможностей, наступающих в квантовом мире в условиях суперпозиции сознания и запутанности квантовых систем.
В истории других психотерапевтов, использующих гипноз или даже у духовных пастырей, которые не редко исцеляют прихожан в ходе проповеди с именем бога и святого духа, мы относим тоже к результатам действия феноменов квантовой суперпозиции в условиях квантового много-мирового пространства и запутанности квантовых частиц в макросистемах.
В успешных случаях оказания лечебной помощи людьми с экстрасенсорными способностями и психотерапевтами во всех случаях механизм наступления улучшения состояния здоровья – это суперпозиция квантового сознания и рекогеренция субатомных частиц.
И переходя к следующей ступени своего доклада, я хочу изложить свой тезис в форме вопросов:
1. Что такое гипноз с точки зрения квантового сознания?
2. Каким образом в состоянии гипнотического транса сознание создает лечебный эффект?
3. В чем отличие сознания с позиции классической механики и с позиции квантовой механики?
Мы живем в пространстве по законам классической механики. Этот мир состоит из пространства, массы, времени, энергии, гравитации. Все составляющие классического мира мы осознаем как единственный, который дан нам в ощущениях, интерпретируем умом и создаем объективную реальность в субъективном образе. Законы, которые были открыты передовыми умами человечества, сохранялись как правильные и оставались незыблемыми. Но с углублением познания в атомный и субатомный мир физики столкнулись со странностями субатомных частиц, поведение которых не укладывалось в рамки законов классической механики. В субатомном микромире электроны, протоны, элементарные частицы работают совсем по другим правилам, чем в привычном для нас мире классической механики. Например, если в реальности классического мира частицы не могут находиться физически в двух разных точках в одно и тоже время или одна частица электрон может преодолевать препятствие, проходя по двум щелям, превращаясь то корпускулой, то волной.
И что интересно, электрон угадывает, когда наблюдатель через прибор за ним наблюдает и изменяет форму движения, превращаясь то корпускулой, то волной, как бы угадывая любопытство исследователя. Или еще такая странность: в реальном мире все процессы происходят во времени и чтобы преодолеть расстояние необходимо время, у квантовых частиц нет понятия пространство и время, локальность и расстояние.
Если два электрона свести вместе и запутать или зацепить, а потом их развести друг от друга на расстояние 100 м или на край вселенной, квантовая корреляция между ними происходит моментально, как будто они продолжают находиться рядом, а не бесконечно далеко друг от друга.
Квантовый мир – это мир парадоксов, тут работают другие законы, чем в мире классической механики. Закон относительности времени от скорости движения это теория интуитивная, практикой не подтверждена, да и законы квантовой механики не до конца изучены. Однако, с прогрессом науки тайное становится явным. А пока законы, открытые Ньютоном, в квантовом мире не работают, полностью игнорируются «жителями» этого мира.
Вначале ученым казалось, что фантастические возможности, открытые в квантовой механики, не применимы макромире, однако, чудеса, происходящие в квантовом мире становятся доступными и для классического мира. В наше время идут интересные разработки макроскопических изделий. Эффективно происходит процесс коммерциализации нанотехнологического оборудования, работа по практическому конструированию криптографических систем. Уже вышли из стен лабораторных исследований конструирование квантовых компьютеров, дело ближайшего будущего диагностические и лечебные приборы. Идут эксперименты по телепортации электронов и атомов, естественно дойдет очередь и до человека.
А такая проблема, что такое сознание и что такое гипноз с квантовой позиции и почему в гипнозе происходит лечебный процесс, уже не является тайной. По этому вопросу, когда оно перестало быть тайной, я хочу высказать свое новое представление, что такое квантовое сознание и что такое гипноз и почему в гипнозе происходит целебный эффект с точки зрения квантовой суперпозиции и запутанности субатомных частиц.

Почему и как это все происходит в свете теории квантового поля сознания? В квантовом мире или в квантовом поле сознания движение энергии, массы, время, гравитации происходят совсем по другим законам, чем в классическом мире, и это отличие открывает возможности нового подхода при решении проблем загадочных явлений, происходящих в гипнозе. Мыслительные процессы на квантовом уровне могут происходить одновременно на нескольких уровнях, черпая из субатомного мира альтернативные решения задач, ибо квантовое вещество это набор возможностей. В макромире сделать открытие научной истины не легко из-за отсутствия полноты знаний квантового мира, и раздвинуть границы неведения и приподнять занавес тайны микромира дано только гениям. Квантовая суперпозиция сознания – это многоаспектное творчество сознания, где много новых подсказок ума для решения задач. Проблемы гипнотерапии в квантовом поле в измененном состоянии сознания, в условиях многомировой проекции ума, делает новый качественный квантовый скачок.
В ходе медитации, наш разум приобретает доступ в квантовый мир суперинтуиции и озарения.
Итак, что такое сознание?
Сознание материально, оно состоит из частиц или волн квантового поля. Сознание не локализовано в мозговых клетках. Сознание находится в мировом пространстве в пустоте и является сгустком пустоты, и как энергия квантового поля сворачивается и разворачивается во времени и в пространстве. Кора головного мозга не вместилище сознания, она является энергетической платформой для посреднической функции.
Кора мозга информационный блок интерфейс мозга для взаимодействия с квантовым полем сознания. А теперь, что такое гипноз и как в этом гипнозе наш мозг проводит лечебный процесс? Лечебный процесс начинается с уровня клеток с молекул атомного, субатомного взаимодействия. Причину патологических изменений патогенеза рака следует искать в квантовом мире. И я сегодня могу рассказать, что происходит с каждой субатомной частицей в ходе деструкции раковых клеток. Я могу высказать свое новое понимание, как наше сознание в квантовом поле, взаимодействуя с макроструктурой клетки, строит саногенез. Вы догадываетесь, каковым будет ход моей интерпретации из того что я уже говорил выше.
Чтобы лечебный процесс начал происходить необходимо из классической проекции реальности сознания пациента дезактивизировать или декогерировать с классическим миром, т.е. больного погрузить в гипнотический транс и взаимодействие больного с врачом должно быть чрезвычайно доверительным, когерентным на квантовом уровне. В гипнозе врач создает творческую активность сверхсознания, сверхинтуицию. Переходом в творческий квантовый мир, ум пациента находит бесчисленное множество альтернативных решений по вопросу лечения рака. В классической проекции сознания мы ограничены в выборе путей развития из-за недостаточности знаний законов взаимодействия атомных и субатомных частиц. А в объемном квантовом мире, сверхинтуиция врача и пациента находят новые подсказки решения задач лечения рака или другого какого-либо заболевания. Кроме того, сверхсознание пациента, в квантовой суперпозиции электроны и элементоны работают в режиме креативно-творческого поиска решения проблем, привлекая для этого систему квантовой запутанности.

И когда врач интуитивно, по глубине трансового переживания почувствовал, что пациент находится в глубоком гипнозе, проводит коррелирование нелокальной квантовой запутанностью электронов, тоже погружаясь в квантовый мир. При обоюдном нахождении в квантовой суперпозиции сознания, феномен квантовой запутанности активирует саногенез с фантастическим оборотом спин, при котором квантово-генетические преобразования наступают немедленно.
В патологических структурах клеток зараженных раковым процессом, метаболизм перестраивается, происходит реставрация клеток, мутационные процессы прекращаются, анаболизм и катаболизм восстанавливаются, митохондрия вновь активно настраивает цикл Крепса, макроэргические соединения АТФ увеличиваются в процессе окислительного фосфоролирования.

Заключение
Все явления связанные с гипнотическим состоянием имеют отношения к квантовому миру, к квантовой физике. С одной стороны патогенез психосоматических и нервно-психических, соматоневрологических заболеваний, обусловленных функцией атомных, субатомных частиц в их патогенной роли, детерминированна средой.

С другой стороны саногенетические механизмы также связаны с функцией квантовых частиц в их созидательной роли, детерминированной условием квантового мира. Гипнотический транс, являясь одной из форм разновидности квантового сознания является главным условием, при котором возможны трансформационные процессы для проведения квантово-генетических преобразований.
Система электронов, протонов, элементарных частиц тесно взаимодействуют между собой, кроме того, квантовые частицы взаимодействуют с нейронами мозговой структуры с сознательной и бессознательной психикой человека.
Материальной субстанцией сознания является спин электронов, электронным облачком и торсионным полем элементарных частиц. Особое состояние сознания мы называем квантовой суперпозицией, двойственное состояние. В состоянии квантовой суперпозиции, кора головного мозга генерируем сверхинтуицию и творческое мышление. И в особом состоянии сознания феномен квантовой запутанности запускает квантово-генетический механизм, в результате нелокальной квантовой корреляцией электроны, элементарные частицы проводят саногенетический процесс в классическом мире атомов и молекул.

В условиях суперпозиции сознания, гипнотическая трансценденция активирует сверхсознание, привлекает ум, творческий процесс ума, подпитывает идеей интуицию и с помощью «хелперов» и «мессенджеров» различных уровней в состоянии запутанности субатомных частиц в квантовом мире происходит локальный саногенез всех болезней человека.

Выводы:
1. Основным саногенетическим фактором и условием наступления лечебного процесса является квантовая суперпозиция сознания.
2. Гипноз – является особой формой сознания квантовой нелокальности, создающий разные степени свободы квантовых частиц.
3. Запутанные состояния квантовых частиц – главный трансцендентальный механизм саногенеза в условиях квантовой несепарабельности.

Телепортация, квантовая неопределенность и Эйнштейн

Известная фраза Эйнштейна о том, что «Бог не играет в кости со Вселенной», часто интерпретируется, как аргумент против фундаментальной случайности, присущей квантовой механике. На протяжении веков законы физики казались полностью детерминированными.

В то время как Эйнштейн стремился к устойчивым законам, которые объясняли бы реальное устройство вселенной, квантовая теория, похоже, намеревалась без таковых обойтись – ведь, как мы помним, одним из ее основных положений является принцип неопределенности. Эйнштейн верил в детерминированный мир, в котором любое событие имеет свою причину.

 

«Я нахожу абсолютно недопустимым предположение, что электрон, которому предстоит быть излученным, должен самостоятельно, по собственной воле выбирать не только момент скачка, но и его направление. Если это так, я предпочел бы быть сапожником или крупье в казино, но не физиком».

При этом Эйнштейн вовсе не считал квантовую механику по сути ошибочной. Точнее сказать – он считал ее незавершенной. Свою работу по квантам от 1905 года он назвал «эвристической» – и примерно под тем же углом рассматривал квантовую физику в целом. В 1926 году он выразил эти ощущения Максу Борну в следующих словах: «Квантовая механика достойна всяческого уважения. Но внутренний голос говорит мне, что это еще не окончательное решение»

Нильс Бор и Альберт Эйнштейн.

На самом деле существует реальное явление, известное как квантовая телепортация , но это не означает, что физически возможно телепортировать физический объект из одного места в другое.

Но, это процесс работает только для отдельных частиц и телепортирована может быть только информация о неопределенном квантовом состоянии, а не какая-либо физическая материя. Даже если бы вы могли масштабировать это для передачи квантовой информации, которая кодирует все человеческое существо, передача информации - это не то же самое, что и передача материи: вы никогда не сможете телепортировать человека с помощью квантовой телепортации.

Но, в нашем мире есть квантовая механика, которая усложняет ситуацию.

 

 

 

Иллюстрация: неопределенность и импульс на квантовом уровне.

Одним из наиболее важных, фундаментальных правил Вселенной является то, что существует неопределенность, связанная со знанием положения и импульса любой отдельной частицы.  Чем лучше вы измеряете одну из этих величин, тем более неоднозначным становятся ваши знания о другой. Этот принцип известен как принцип неопределенности Гейзенберга. Невозможно узнать положение и импульс даже одной частицы одновременно, а тем более нескольких частиц одновременно. Без этой информации у вас нет возможности узнать квантовое состояние частицы.

Создав два запутанных фотона из уже существующей системы и разделив их, можно «телепортировать» информацию о состоянии одного, измеряя состояние другого.

 

Квантовая телепортация, средство передачи идентичности одной частицы другой на некотором расстоянии, - это реальное явление.Но сама квантовая телепортация не транспортирует и не телепортирует какие-либо частицы. Передается из одного места в другое - информация, присущая неопределенному квантовому состоянию, и это именно то, что вам нужно для достижения вашего пункта назначения!

 

 

Если вы хотите отправить какую-либо информацию из одного места в пространстве-времени в другое, вы ограничены расстоянием в пространстве-времени, которое должен преодолеть сигнал, и универсальным ограничением скорости: скорость света.  Квантовая запутанность может «обмануть» скорость света, но не может отправить никакую информацию, поскольку запутанные частицы нужно создать в запутанном состоянии и затем разделить на ограниченной скорости. Измерения, которые вы проводите с одной частицей, будут влиять на другую, но информация не будет передаваться; передать сигнал посредством запутанных частиц (насколько нам пока известно) нельзя.

Открытие о том, что возможно перемещать информацию,  было сделано в 1993 году командой Чарльза Беннетта, Жиля Брассара, Клода Крепо, Ричарда Джосса, Ашера Переса и Уильяма К. Вуттерса в их статье «Телепортация. Неизвестное квантовое состояние по двойственным классическим каналам и каналам Эйнштейна-Подольского-Розена».

Феномен квантовой телепортации был известен на протяжении десятилетий и был экспериментально подтвержден при различных обстоятельствах. Однако его полезность была ограничена:

  • он работает только на отдельных частицах;
  • ничто материальное не перемещается с места на место;
  • обмениваемые фотоны должны путешествовать от источника к месту назначения;
  • и они ограничены тем, как далеко вы можете транспортировать фотон, не теряя свой сигнал.

Схематическая иллюстрация квантовой телепортации между бостонским терьером Трумэном и лабрадором RD. Изначально у Трумэна есть поляризованный фотон, чье состояние (черная стрелка) он хочет поделиться с RD,  две собаки имеют запутанную пару (синие облака). В конце процесса половина RD запутанной пары приняла поляризацию начального состояния Трумэна, и два фотона Трумэна оказались в новом, неопределенном состоянии (серые облака). Рисунок Чеда Орзеля, взятый из книги «Как преподавать физику своей собаке»

Протокол квантовой телепортации удивительно прост. Все, что нужно сделать Трумэну, - это совместное измерение фотонов 1 и 2, по сути, спрашивая: «У вас одинаковая поляризация или разные поляризации?» Это сделано способом, который не раскрывает фактическую поляризацию - он не знает, являются ли они оба вертикальными или горизонтальными, просто они одинаковы - что помещает фотоны 1 и 2 в одно из четырех возможных запутанных состояния.

После измерения Трумэна два его фотона запутались, что оставляет фотон 3 RD в одном из четырех определенных состояний поляризации. Ничто из этого не является точной суперпозицией вертикальной и горизонтальной поляризации, с которой начинал Трумэн, но все они просто связаны. Затем Трумэн сообщает RD, какой из четырех результатов измерений он получил, что позволяет RD знать, какие операции ему необходимо выполнить для преобразования фотона 3 в точную копию исходного состояния Трумэна.

Как отмечалось выше, это не ограничивается фотонами - вы можете использовать запутанные фотоны для передачи состояния материальных объектов, таких как атомы, это просто добавляет шаг к процессу на любом конце. Если Трумэн хочет послать состояние атома RD, он просто выполняет операцию, чтобы закодировать суперпозицию двух атомных состояний в поляризацию своего фотона 1, а затем действует, как описано выше. RD использует результаты измерений Трумэна, чтобы привести фотон 3 в правильное состояние, а затем переворачивает операцию Трумэна, чтобы перенести суперпозицию поляризации на его атом.

 

 

К сожалению, наличие информации для кодирования человека и практическая возможность построить живое существо из необработанного набора частиц - это две совершенно разные вещи.   Знание информационного состояния человека - включая все составляющие его частицы - это одно дело, но реконструкция этого человека - совсем другое дело.

В   человеческом мозге около ста миллиардов нейронов, и между ними около  ста триллионов связей . Это около 2 100 000 000 000 000  возможных состояний для беспокойства, или примерно 10 30 000 000 000 000

 

Для телепортация живого человека потребуется гораздо больше, чем просто информация, кодирующая его. Фактически, информационная проблема может быть решаемой, если мы можем свести ее к количеству частиц, составляющих человека. Но создать целого человека с нуля - не говоря уже о том, является ли этот человек в пункте назначения тем же человеком, с которым вы начали эксперимент - это проблема.

Тот факт, что вы не можете скопировать или клонировать квантовое состояние  - так как акт простого чтения состояния фундаментально мняет его - является гвоздем в гробу любой работоспособной схемы для достижения более быстрой, чем световой связи с квантовой запутанностью.

Есть много тонкостей, связанных с тем, как квантовая запутанность на самом деле работает на практике , но ключевой вывод заключается в следующем: нет никакой процедуры измерения, которую вы можете предпринять, чтобы вызвать конкретный результат, сохраняя при этом запутанность между частицами. Результат любого квантового измерения неизбежно является случайным, сводя на нет эту возможность. Оказывается, Бог действительно играет в кости со Вселенной , и это хорошо. Никакая информация не может быть отправлена ​​быстрее, чем свет, что позволяет поддерживать причинность для нашей Вселенной.

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

"Спутанные" фотоны могут поколебать пространство и время

2-я Книга Федора. Файл 6


    Астрономы вычислили место рождения материи

    «Сегодня теоретики бьются над тем, как соединить космологические феномены и квантовые закономерности (два противоположных по своей природе состояния) с эффектом «спутанности» (entanglement) двух разделенных в пространстве элементарных частиц. Большие надежды возлагаются на приближающийся новый запуск большого адронного коллайдера (LHC). Напомним, что, перед тем как он был выведен на профилактику, были открыты какие-то туманные аномалии, исследование которых, как надеются экспериментаторы, позволит прояснить ситуацию с темными материей и энергией. Последних, как считается, в три раза больше, чем видимой материи во Вселенной...» («Независимая газета - Наука». 28.01.2015).

    [Ф. Дергачев: 
    Прежде чем анализировать вышеупомянутые «туманные аномалии», необходимо подробнее ознакомиться «с эффектом «спутанности» (entanglement) двух разделенных в пространстве элементарных частиц»
    Как следует из результатов экспериментов, если квантовые состояния объектов оказываются взаимозависимыми, то «связанные» фотоны реагируют друг на друга со скоростью, на пять порядков (то есть в сто тысяч раз) превышающей скорость света! А величина этого эффекта вообще не зависит от расстояния между частицами.  
    Меня заинтересовало следующее совпадение: в попытках найти теоретическое объяснение этому результату теоретики квантовой механики вынуждены отказываться от законов сохранения материи и энергии - так же, как астрофизики отказались от указанных законов при объяснении темной энергии (см. «Файл 4» и «Файл 5» «2-й Книги Федора»).
    Но свидетельствует ли данный отказ о проникновении в глубочайшие тайны Вселенной? Думаю, скорее он указывает на полнейшее творческое бессилие как тех, так и других, а не опровергает действие законов сохранения в микромире и мега мире. 
    Впрочем, ознакомьтесь с результатами экспериментов и судите сами. Пусть лучше факты говорят сами за себя.]

    «Спутанные» фотоны могут поколебать пространство и время 
«Мы просто ещё раз наступили на больную мозоль современной физики», – поясняют авторы исследования. «Помогли» спутанные фотоны (иллюстрация Physics World)

    «Швейцарские физики провели очередной эксперимент по спутыванию частиц. Полученные результаты могут заставить учёных по-новому взглянуть на правильность «классических» представлений о нашей Вселенной. Всегда ли одно следует из другого, и возможна ли ситуация, когда наблюдаемые нами независимые события на самом деле являются частью чего-то большего?

Установка в университете Женевы (Université de Genève), на которой проводился эксперимент (фото с сайта gap-optique.unige.ch)

    С научной точки зрения суть вопроса сводится к существованию так называемой квантовой нелокальности. Или, если говорить упрощённо, в возможности взаимодействия выше скорости света. В своё время Эйнштейн назвал это «призрачным дальнодействием».

    Не исключено, что призрачным может стать стройное здание современной физики, построенное на постулатах теории относительности - инвариантности скорости света, собственно относительности систем отсчёта и однородности пространства-времени.     Вкратце напомним, о чём идёт речь.     Возможность взаимосвязанного описания квантового состояния двух объектов вытекала из квантовой теории, появившейся всего через 10 лет после теории относительности.     Если запутанные частицы разнесены в пространстве, то, проведя замер одной из них, можно узнать о состоянии другой.     Учитывая принцип неопределённости, получается, что мы сначала сообщаем (путём замера) подопытному объекту конкретную характеристику (например, спин), а потом этот объект каким-то образом передаёт своему «близнецу» информацию о замере.     С тех был проведён не один эксперимент по спутыванию, но споры о сущности наблюдаемого явления не прекращались.     Основной камень преткновения – «информация о замере» или просто «информация». Оказывают ли измерения, проводимые над одной системой, мгновенное воздействие на другую?     Эйнштейн считал, что частицы каким-то образом находят возможность обмениваться информацией на скоростях, не превышающих 300 000 километров в секунду.     В современной физике противники нелокальности считают, что либо частицы приобретают взаимоисключающие характеристики ещё до эксперимента, либо передача информации о коллапсе волновой функции возникает уже после сравнения результатов (а ведь для проверки их надо сравнить) - и это тоже не особо быстро.     Николя Жизен (Nicolas Gisin) и его коллеги из университета Женевы решили поставить под сомнение саму передачу информации - отчёт об этой работе опубликован в журнале «Nature».
Каждый игрок сам выбирает, какой рукой делать бросок, а результат – орёл или решка – от выбора руки не зависит и составляет в среднем 50 на 50. Ход испытаний фиксируется в лабораторном журнале. Прилетают «монеты»-фотоны к «игрокам»-интерферометрам в деревни Сатиньи (Satigny) и Жюсси (Jussy), что на расстоянии 18 километров друг от друга (иллюстрация M-Sat Ltd/SPL/Nicolas Gisin)

    Проще всего объяснить теорию швейцарцев на конкретном примере. Представим себе двух игроков, подбрасывающих монеты. Они находятся на расстоянии друг от друга и бросают свои монеты один раз в минуту.

    Если два находящихся в разных местах «участника соревнований» сравнят свои записи, они увидят, что когда, по случайному совпадению, оба делают бросок левой рукой, их результаты всегда противоположны: орёл/решка или решка/орёл. А если хотя бы один бросает правой - наоборот, совпадают.     Однако даже если бы игрок № 1 решил постоянно пользоваться только одной рукой, это не повлияло бы на статистику результатов игрока № 2, - конечный результат серии испытаний от выбора руки не зависит!     Следовательно, наблюдаемая корреляция не предполагает никакого обмена информацией, то есть она является бессигнальной (non-signaling correlation). По крайней мере, так считают авторы исследования.     С целью экспериментального подтверждения этой теории группа Жизена «связала» два фотона, а потом «разлучила» их, отправив по оптическому кабелю в противоположные стороны.     Исследователи одновременно измеряли состояния запутанных частиц и пришли к выводу, что они «взаимодействовали», причём со скоростью, превышающей скорость света в 10 000 раз.     Последующие расчёты показали, что частицы не могли «поделиться» информацией (а потом каким-то образом хранить её) до своего разбега.

    Более того, от движения источника (то есть системы отсчёта) скорость полученного взаимодействия тоже не зависела. Таким образом, два постулата теории относительности были поставлены под сомнение. Что заставило задуматься о сущности третьего - однородности нашего мира. 

«Одинаковая случайность проявляет себя сразу в различных местах, – говорит доктор Жизен, впрочем, сразу же добавляя, – но мне самому смысл сказанного не до конца понятен» (фото с сайта swissquantum.ch)

    Происходил ли обмен информацией между фотонами в принципе?

    Вот как это трактует доктор Жизен: «У них не просто не было времени для обмена информацией. Понятия времени в нашем понимании вообще не существует для запутанных частиц».     По его мнению, полученные «сверхсветовые» данные свидетельствуют не о том, что частицы очень быстро чем-то обмениваются, но о том, что «искусственные» представления о пространстве-времени не отражают реального положения вещей.     Корреляция между состояниями фотонов - не взаимосвязь (другими словами, передача информации), но некое единичное событие, проявляющее себя сразу в двух местах. Правда, описания сущности этого «события» швейцарец не даёт.     Аналогичной точки зрения придерживается Теренс Рудольф (Terence Rudolph) из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London), который считает, что квантовые объекты выходят за пределы классического пространственно-временного континуума, фактически придуманного человеком для собственного удобства.     Но, само собой, есть и оппоненты столь смелым суждениям. Основная контроверза состоит в отсутствии теоретического обоснования характера взаимодействия спутанных частиц «как одного события».     Впрочем, и сам Жизен согласен с этим: «Пока мы не можем внятно объяснить, что же там происходит». Но учёный надеется, что необъяснимые в рамках существующих моделей результаты послужат катализатором новых теоретических разработок.

    Physicists spooked by faster-than-light information transfer. Quantum weirdness even stranger than previously thought

    «Two photons can be connected in a way that seems to defy the very nature of space and time, yet still obeys the laws of quantum mechanics.

    Physicists at the University of Geneva achieved the weird result by creating a pair of ‘entangled’ photons, separating them, then sending them down a fibre optic cable to the Swiss villages of Satigny and Jussy, some 18 kilometres apart.

    The researchers found that when each photon reached its destination, it could instantly sense its twin’s behaviour without any direct communication. The finding does not violate the laws of quantum mechanics, the theory that physicists use to describe the behaviour of very small systems. Rather, it shows just how quantum mechanics can defy everyday expectation, says Nicolas Gisin, the researcher who led the study. “Our experiment just puts the finger where it hurts,” he says. The study is published in "Nature" [Salart, D., Baas, A., Branciard, C., Gisin, N. & Zbinden, H. Nature, 454, 861–864 (2008)].

    Spooky and unsettling

    In the everyday world, objects can organize themselves in just a few ways. For example, two people can coordinate their actions by talking directly with each other, or they can both receive instructions from a third source.

    In both these cases, the information is communicated at or below the speed of light, in keeping with Einstein’s axiom that nothing in the Universe can go faster. But quantum mechanics allows for a third way to coordinate information. When two particles are quantum mechanically ‘entangled’ with each other, measuring the properties of one will instantly tell you something about the other. In other words, quantum theory allows two particles to organize themselves at apparently faster-than-light speeds.

    Einstein called such behaviour “spooky action at a distance”, because he found it deeply unsettling. He and other physicists clung to the idea that there might be some other way for the particles to communicate with each other at or near the speed of light.

    But the new experiment shows that direct communication between the photons (at least as we know it) is simply impossible. The team simultaneously measured several properties of both photons, such as phase, when they arrived at their villages and found that they did indeed have a spooky awareness of each other’s behaviour. On the basis of their measurements, the team concluded that if the photons had communicated, they must have done so at least 100,000 times faster than the speed of light - something nearly all physicists thought would be impossible. In other words, these photons cannot know about each other through any sort of normal exchange of information.

    Framed

    The team also ruled out other possible reasons for the apparently coordinated behaviour. For example, one could imagine that the photons might have shared information before they left Geneva - but Gisin’s measurements showed that they could not.

    A second test ensured that the scientists in the two villages weren’t missing some form of communication thanks to Earth’s motion through space. According to Einstein’s theory of relativity, observers moving at high speeds can have different ‘reference frames’, so that they can potentially get different measurements of the same event. The Geneva results could possibly be explained if the two photons were communicating through a frame of reference that wasn’t readily apparent to the scientists."

The entangled photons were sent to the villages of Satigny and Jussy, some 18 kilometres apart

    But theoretical calculations [Scarani, V. et al Phys. Lett. A 276, 1-7 (2000)] have shown that performing tests over a full spin of the globe would test all possible reference frames. The team did just that, and they got the same result in all cases.

    The bottom line, says Gisin is that “there is just no time for these two photons to communicate”.

    The experiment shows that in quantum mechanics at least, some things transcend space-time, says Terence Rudolph, a theorist at Imperial College London. It also shows that humans have attached undue importance to the three dimensions of space and one of time we live in, he argues. “We think space and time are important because that’s the kind of monkeys we are.”

    If you are baffled by the result, fear not — you’re not alone. “For me, honestly, it doesn’t make any sense,” says Gisin. “I don’t think we can today claim that we have a good story to tell how this all happens.” He hopes that the work will stimulate theorists to come up with new ways of explaining the spooky effect».  (Geoff Brumfiel. 13 August 2008).      Получено наиболее точное доказательство «призрачного действия на расстоянии»     «Группа швейцарских ученых получила наиболее точное на сегодняшний день доказательство существования связанных (запутанных) квантовых состояний, исключив их передачу в паре связанных частиц через какой-либо неизвестный науке механизм.

    Соответствующий опыт, поставленный группой ученых из Университета Женевы, относится к так называемым экспериментам Белла - имеющим доказанную надежность экспериментам по проверке существования связанных квантовых состояний.

    Физической науке пока неизвестны способы, которым разделенные пространственно связанные частицы могли бы передавать друг другу информацию о своем квантовом состоянии. Однако, если даже такой способ существует, то, согласно принципу No-go, скорость передачи данных при его реализации не может быть больше скорости света.

    Отличие настоящего эксперимента Белла от всех проведенных ранее - исключение возможности подобной передачи. Можно сказать, что ученым впервые удалось получить строгое доказательство «призрачного действия на расстоянии», так как корреляция квантовых состояний каждой частицы доказано проявлялась без каких-либо взаимодействий со своей парой.

    В своей работе швейцарец Николас Гисин (Nicolas Gisin) с коллегами использовали идею британского физика Роджера Пенроуза о том, что коллапс - распад суперпозиции в одно из квантовых состояний, - связан с «гравитационной энергией» системы. Чем больше эта энергия, тем быстрее происходит коллапс.

    До сих пор физики продолжают спорить, что следует считать моментом квантового измерения - регистрацию квантовых изменений в классической системе, необратимую утечку информации о квантовой системе во внешнюю среду, или что-либо другое. Основываясь на идеях Пенроуза, швейцарские исследователи привязали момент квантовых измерений к «гравитационному» коллапсу.

    Они приняли следующий интуитивно непонятный и не применяемый ранее в тестах Белла принцип: измерение квантового состояния считается произведенным при перемещении объекта с достаточно большой массой, которое связано с коллапсом волновой функции (в данном эксперименте таким объектом было зеркало).

    Как сообщила пресс-служба Университета Женевы, исследователи посылали запутанные фотоны из одного источника в двух различных направлениях по стандартным волоконно-оптическим каналам связи длиной 17,5 км каждый. Фотоны направляли из Женевы к двум принимающим станциям в двух швейцарских деревнях, находящихся в 18 км друг от друга, поставив тем самым рекорд расстояния передачи фотонов для экспериментов Белла с независимым источником посередине канала.

    На принимающих станциях находились пьезоэлектрические приводы, прикрепленные к покрытым золотом зеркалам интерферометра. Когда фотон достигал однофотонного детектора, на привод подавалось напряжение, он расширялся и передвигал зеркало, в результате чего менялся оптический путь отражаемого от него лазерного луча и создаваемая интерференционная картина.

    Коммуникация между связанными частицами была исключена благодаря тому, что время прохождения фотона от источника до детектора, последующего коллапса и поворота зеркала было меньше, чем время, за которое свет мог пройти расстояние между двумя принимающими станциями.

    Используя формулу Пенроуза-Диози, на основе данных о массе, объеме зеркала и расстоянии, на которое оно было перемещено, ученые рассчитали время коллапса. В результате суммирования времени коллапса и времени, затраченного на передвижение фотона, его детекцию и поворот зеркала, было получено значение 7,1 микросекунд, что примерно в 8 раз меньше 60 микросекунд, которые были необходимы для передвижения света по каналу между двумя принимающими станциями.

    Согласно принципу No-go, информация не может передаваться быстрее скорости света. На основании этого ученые сделали вывод, что частицы из одной пары связанных фотонов не могли передавать друг другу каким-либо образом данные о своем состоянии.

    Для доказательства связанности пар фотонов исследователи применили неравенство Белла в версии Клаузера – Хорна – Шимони – Хольта. Этот неравенство должно выполняться для несвязанных фотонов. Как оказалось, для данных, полученных в настоящем исследовании, неравенство Белла не выполнялось, следовательно, частицы были связаны.

    Таким образом швейцарским ученым удалось успешно применить идею Роджера Пенроуза о гравитационной природе редукции волновой функции для доказательства нелокального характера квантовых корреляций.

    По мнению Пенроуза, объективная квантовая редукция связана с гравитацией и может происходить спонтанно и без каких-либо измерений, через промежуток времени, зависящий от массы объекта.

    Свои идеи о редукции волновой функции Роджер Пенроуз связывает и с человеческим сознанием. По его мнению, мышление обусловлено определенными квантовыми состояниями структур мозга, и редукция суперпозиции играет ключевую роль в функционировании данных структур». (12.05.08, 16:59, Мск).      Опровергнут фундаментальный принцип современной физики     «Швейцарские ученые не только продемонстрировали ложность постулата о предельности скорости света, но и превысили ее сразу на пять порядков.

    В ходе исследований квантовомеханически связанных фотонов (entangled photons), которые предполагается широко использовать в системах криптографии и даже в разведывательных системах, подтверждено наличие связи между ними, позволяющей передавать информацию со скоростью, не просто большей скорости света, но и существенно ее превышающей.

    Исследовательская группа доктора Николаса Гизина (Nicolas Gisin) из университета Женевы, исследуя разнесенные на 18 км в пространстве связанные фотонные состояния, показала, что взаимодействие между частицами осуществляется со скоростью, примерно в сто тысяч раз большей скорости света.

    В рамках поставленного эксперимента связанные пары фотонов, образованные расположенным в Женеве генератором, направлялись по оптиковолоконным каналам – один в деревню Сатини, другой – в деревню Джусси. Расстояние между обоими составляет 18 км.

    Исследования показали, что оба фотона «чувствуют» происходящее друг с другом – причем мгновенно. По крайней мере, скорость передачи на пять порядков превышает скорость света в вакууме, считающуюся в рамках современной физики максимальной и предельной.

    Как сообщает «Physorg», попытки объяснить полученные результаты с помощью принятых в современной физике теорий, предпринятые швейцарскими учеными, не увенчались успехом.

    Физическая природа механизма, с помощью которого осуществляется сверхскоростное взаимодействие между связанными фотонами, остается совершенно непонятной.

    Согласно догмам современной физики, скорость света (в вакууме) является предельной. Этот вывод сделан на основе интерпретации результатов эксперимента Майкельсона-Морли и положений теории относительности – в частности, принципиального отказа от гипотезы эфира.

    Ранее было показано, что использование связанных состояний фотонов позволяет мгновенно передавать не просто информацию, но и изображения – причем без какой бы то ни было связи между устройством, получающим изображения, и устройством, в котором эти изображения "материализуются"». (15.08.2008, 11:19, Мск). 

    Сто тысяч световых скоростей

    «Швейцарские физики утверждают, что доказали, будто информацию можно передавать со сверхсветовой скоростью. Это сообщение появилось не где-нибудь, а в одном из самых уважаемых в мире научных журналов – «Nature», – который этим уважением очень (иногда даже слишком) дорожит и с помощью целой армии экспертов проверяет на достоверность каждую публикацию.

    Сам эксперимент новым не назовешь. Швейцарцы изучали так называемый парадокс Эйнштейна–Подольского–Розена, открытый еще в 1935 году. Это был мысленный эксперимент, с помощью которого Альберт Эйнштейн в своем споре с Нильсом Бором пытался доказать «неполноту» квантовой механики. Неполноту доказать не удалось, но парадокс остался, получив статус эффекта.

До сих пор считалось, что скорость передачи информации от одного фотона к другому не превысит скорости света. Источник: www.istar.org

    Он заключается в следующем. Если две частицы рождаются в одной точке и разлетаются в разные стороны, то их состояния становятся связанными (entangled) – их суммарный импульс и суммарная энергия равны нулю, сохраняются также суммарные квантовые характеристики. Если теперь измерить координаты одной частицы, то ее состояние от такого вмешательства изменится, соответственно тут же должно измениться состояние второй частицы, причем независимо от расстояния между ними – она должна «почувствовать» первую тут же. Правда, до сих пор считалось, что скорость передачи информации от одного фотона к другому не превысит скорости света.

    Начиная с девяностых годов, эксперименты по проверке этого эффекта с двумя связанными фотонами проводились неоднократно. С каждым годом расстояния между ними постоянно увеличивались – сначала они ограничивались размером установки, затем размером лаборатории. В 2004 году в той же Швейцарии этот эффект наблюдался при разнесении частиц на 600 м. В этом году фотоны были разнесены на 18 км – именно такое расстояние отделяет друг от друга две швейцарских деревни, куда по световодам были направлены связанные фотоны. Столь приличное расстояние позволило наконец грубо измерить скорость, с которой частицы реагируют друг на друга.

    Оказалось, что она по меньшей мере в сто тысяч раз (!) превысила световой предел, обозначенный Эйнштейном и до сей поры представлявшийся незыблемым.

    Не сказать, чтобы исследователи стали прыгать от радости – есть такое тысячи раз проверенное правило, что, когда нападаешь на канон, ставший незыблемым, готовься к неприятностям. Об этом мог бы рассказать даже сам Эйнштейн, который поначалу со своим знаменитым мысленным экспериментом относительно наблюдателя и поезда, доказывающим замедление времени в зависимости от скорости, куда только ни совался – и все напрасно. Этот эксперимент настолько элементарен, что его может воспроизвести на бумаге и пятиклассник. Говорят, что даже Эйнштейн чуть ли не по блату добился внимания к своим выкладкам. Это уж потом он заработал звание величайшего физика XX столетия. А швейцарцы, что ни говори, получается, нападали на самого Эйнштейна – ведь он утверждал, что выше скорости света не может быть никакой, и на этом утверждении строится вся современная физика.

    Ученые, довольно уважаемая группа из Университета Женевы под руководством Николаса Гизина, натурально, обеспокоились судьбой своего международного статуса и проверили, по их словам, все, что возможно, и все, что невозможно. Проверив и убедившись, что все правильно, стиснули зубы и послали статью, как уже было сказано, в один из самых уважаемых научных журналов мира. После соответствующей экспертизы ее опубликовали. Любознательный читатель, имеющий связь с интернетом, может зайти на сайт журнала и прочитать об этой работе. Сама работа запаролена, но сообщение о ней и комментарии доступны – они множатся лавинообразно, большинство физиков просто не верят, что такое возможно.

    Когда корреспондент «НГ» обратился к человеку, мнению которого безусловно доверяет – физику-теоретику Константину Кикоину, бывшему курчатовцу, живущему теперь в Израиле, тот был настроен примерно так же, как и большинство комментаторов статьи в Nature.

    «Честно говоря, я стараюсь держаться подальше от всех этих дискуссий о телепортации, сверхсветовых скоростях и всем таком прочем, – сказал он. – Для меня это вопиющая ошибка, происходящая из-за неверной интерпретации основных принципов квантовой механики. Да, конечно, здесь существуют тонкие проблемы открытых и закрытых систем, когда вторжение наблюдателя превращает закрытую систему в открытую и таким образом делает невозможным сравнение состояний до и после измерения в смысле скорости распространения сигнала и так далее и тому подобное. Но для того, чтобы сформулировать взвешенный ответ на любой, извини, глупый вопрос, человек должен иметь много времени впереди. У меня такого времени нет┘ Что же до гипотезы Эйнштейна об универсальной скорости, то мы должны воспринимать ее как Закон Природы («ассерторическое» утверждение в терминологии Канта), который не обсуждается, а лишь проверятся экспериментально. Он, кстати, проверялся сотни раз».

    Есть и другие мнения, прямо противоположные.

    Альберт Чечельницкий, физик-теоретик из Дубны, лет 30 назад выдвинул гипотезу, согласно которой квантовая механика работает не только в размерах атомного ядра и ниже, но и в мегаразмерах, на уровне строения Солнечной системы и далее. Насколько эта теория верна, судить специалистам, но она высосана не из пальца и основана, в частности, на том, что орбиты наших планет удивительным образом напоминают орбиты электронов – соотношения между их радиусами есть целые числа.

    Вот уж кого-кого, а Чечельницкого нельзя назвать человеком, который боится нападать на каноны. Из этой гипотезы вытекают следствия, которые от современной астрофизики камня на камне не оставляют – по ней нет ни черных дыр, не было никогда и Большого взрыва, и еще много чего нет из того, что сейчас является краеугольными камнями нашего астрофизического мировоззрения. В частности, из его гипотезы получается, что предельной скорости во Вселенной не существует.

     «Астрофизики порой даже наблюдают такие скорости, в 8–10 раз больше световой, но, по существующей теории, это иллюзия, хотя на самом деле это реальность, – заявил Альберт Чечельницкий в интервью «НГ». – Сама история «бронзовения» постулата о предельной скорости очень драматична и заслуживает отдельного разговора. Поначалу это была просто умозрительная декларация, не подкрепленная никакими экспериментальными свидетельствами. Сегодня она стала непоколебимым каноном».

    А пока физики разбираются с неугодным экспериментом. Неугодный он или негодный, покажет время». (24.09.2008).  

    Квантовая скорость запутала Эйнштейна

    «Физики измерили скорость передачи информации между запутанными квантовым образом частицами. Она должна во много раз превышать скорость света. Это не нарушает теорию относительности, но в очередной раз опровергает другое убеждение Эйнштейна. Скорее всего, под квантовой механикой никакой «более глубокой теории» нет.

    «Несуразности» квантовой механики – теории, описывающей поведение мира на уровне элементарных частиц, – способны свести с ума любого человека, не потерявшего здравого смысла. Электроны находятся одновременно в нескольких местах, электротоки текут сразу в обе стороны, а простое наблюдение за объективным физическим процессом останавливает его развитие. Тем не менее, эксперимент неизменно показывает, что именно квантовое описание реальности истинно, а наш «здравый смысл» просто неадекватен реалиям микромира, будучи сформирован в мире макроскопических объектов.

    Однако это всё ещё цветочки. Ягодки, которые возникают при описании систем из нескольких частиц, не могут проглотить не только далёкие от науки люди. Даже учёные, и иногда великие учёные, считают, что явление квантового запутывания – это уже слишком.

    В классической физике, обладая полным знанием о состоянии всех частей системы, мы одновременно обладаем полным знанием о целой системе, а зная состояние целого, всегда знаем состояние его частей. Это утверждение кажется до тупого тривиальным, но лишь до тех пор, пока в дело не вступает квантовая теория. Здесь верна лишь первая его половина – состояние частей всегда определяет состояние целого, но существуют и такие целые, которым не соответствует никакая комбинация составляющих его частей. Такие состояния как раз и называются запутанными.

    Запутанные частицы очень сильно связаны друг с другом – притом, что могут совершенно не взаимодействовать между собой. И находиться на сколь угодно большом расстоянии друг от друга.

    Квантовая механика утверждает, что, измеряя состояние частицы, мы, по сути, создаём реальность. Например, если запутаны два электрона с суммарным спином ноль, и в результате измерения спина одной из них получилось значение +1/2, то спин этой частицы действительно превращается из неопределённого в положительный. И одновременно спин второй, «запутанной» с первой, частицы при таком измерении тотчас превращается из неопределённого в отрицательный. И если измерить его значение, оно со стопроцентной вероятностью окажется отрицательным.

    Притом, что первая частица может находиться у нас в лаборатории, а вторая – на Марсе. Как она узнает о том, что мы что-то там делаем с первой? Какие такие высшие силы зафиксируют её спин, если, например, на Марсе она находится в полной изоляции? И как такое может произойти мгновенно?

    Один из отцов квантовой механики, немецкий физик Эрвин Шрёдингер, который сам впервые описал запутанные частицы, но считал это явление ещё более странным, чем саму квантовую механику, сразу поспешил предположить, что у запутывания должен быть какой-то предел. Он выдвинул гипотезу, что запутывание каким-то неизвестным нам пока образом должно распространяться лишь на микроскопические расстояния.

    А Альберт Эйнштейн, который и так имел большой зуб на квантовую механику, активно пользовался этой несуразностью, доказывая ограниченность квантового подхода. И описанное выше мгновенное изменение состояния второй частицы удостоилось от великого физика знаменитой презрительной характеристики «призрачное дальнодействие».

    Тем не менее, и Эйнштейн, не веривший в завершённость квантовой механики, и Шрёдингер, предполагавший её ограниченность масштабами микромира, были неправы.

    Ошибку Шрёдингера показала демонстрация квантового запутывания на расстояниях в метры и даже километры. Это основа популярных в наши дни явлений квантовой телепортации и квантовой криптографии. А не так давно австрийским и испанским физикам удалось телепортировать состояние фотона даже через околоземный спутник.

    Опровергнуть Эйнштейна оказалось гораздо сложнее. Он полагал, что квантовая механика – лишь вершина айсберга, что существуют какие-то скрытые параметры, скрытые связи между частицами, которые мы не наблюдаем, но которые каким-то образом определяют такое необычное поведение квантовых систем.

    В конце концов, с точки зрения здравого смысла (и это важная оговорка), причин, которые могли бы привести к чёткой корреляции между результатами измерения состояний запутанных частиц («если здесь »+», то там »–», а если здесь »–», то там »+»» в примере со спинами электронов), может быть две. Либо первая из частиц, переходя в фиксированное состояние из неопределённого, как-то сигнализирует второй запутанной с ним частице и заставляет её также перейти в определённое состояние. Либо с самого начала какой-то коварный демон эксперимента разделил все пары на (+ –) и (– +), а мы просто не знаем, какой из вариантов реализуется в данном конкретном опыте.

    На первый взгляд кажется, что наше неведение от реальной неопределённости невозможно. Первым придумал, как это сделать, ирландский физик Джон Белл. В 60-х годах прошлого века он вывел своё знаменитое «неравенство Белла», которому должны подчиняться результаты эксперимента в случае, если предположение о наличии «коварного демона» верно.

    В 1982 году опыт французских физиков впервые убедительно показал, что неравенство Белла не выполняется. Коварного демона нет. Эйнштейн не прав.

    С точки зрения здравого смысла, остаётся одна возможность – посылка одной из частиц сигнала другой частице. Довольно скоро стало ясно, что происходить это должно со скоростью, большей скорости света. Такое, в принципе, возможно и даже не нарушит специальной теории относительности Эйнштейна. Ведь сигнал в данном случае идёт по «скрытым» каналам и передать с его помощью какую-то информацию нельзя.

    Швейцарские физики из Женевского университета решили экспериментальным путём выяснить, насколько быстрым должен быть такой сигнал.

    В своём опыте Даниэль Салар, аспирант женевского профессора Николя Жизена, и его коллеги использовали вместо пары запутанных электронов два фотона в запутанном состоянии, при этом запутанными у них были не их спины, а энергии. Пары запутанных фотонов появлялись в нелинейном оптическом кристалле, в котором приходящий от лазера фотон разделяется на два фотона немного отличающихся друг от друга частот; к тому же излучаются эти фотоны с небольшой задержкой друг относительно друга.

    Такие пары очень удобны для реальных экспериментов, поскольку по световолокну фотоны можно отправлять практически на любые расстояния. Салар и его коллеги изготавливали фотоны в главном кампусе Женевского университета, а детектировали – в деревеньках Сатиньи и Жусси, расположенных к западу и востоку от Женевского озера, на расстоянии 18 километров друг от друга по прямой. До Сатиньи и Жусси фотоны добирались по световодам компании Swisscom. К световоду, ведущему в Сатиньи, учёные дополнительно добавили виток световолокна длиной 4 км, чтобы точно выровнять два пути; общая длина каждого из световодов оказалось равной 17,5 км.

    В Сатиньи и Жусси фотоны попадали в интерферометры, а их корреляция измерялась по совпадению моментов прихода двух сигналов. Изменяя длину одного из плеч одного из интерферометров, учёные видели, как число совпадений то увеличивалось, то уменьшалось – классическое поведение, определяющее степень корреляции фотонов.

    В эксперименте, результаты которого описаны в последнем номере «Nature», степень корреляции составила от 80 до 95%. Это выше предела в 71%, который для такого эксперимента даёт неравенство Белла. А значит, несмотря на 18 км расстояния между двумя деревнями, запутывание никуда не делось.

    Точность измерения совпадений – с учётом всех дополнительных факторов вроде дифференциальной задержки в световодах из-за неопределённой точно длины волны каждого фотона – составила около 300 пикосекунд, то есть примерно одну трёхмиллиардную часть секунды.

    Разделив 18 км на 300 пикосекунд, получаем скорость распространения тайного сигнала в 200 тысяч раз выше, чем скорость света.

    Впрочем, здесь есть одна оговорка. Расстояние в 18 км и время 300 пикосекунд измерены в системе отсчёта, связанной Землёй. А скорость сверхсветового сигнала зависит от системы отсчёта и является постоянной лишь в одной из них, чем-то напоминающей универсальный «светоносный эфир» XIX века. Земля совсем не обязана покоиться относительно этой универсальной системы, а в соответствии со специальной теорией относительности, в других системах отсчёта и расстояние, и интервал времени могут быть другими.

    Чтобы устранить эту проблему, учёные продолжали свой эксперимент в течение двух суток, за которые Земля успела дважды развернуть линию Сатиньи--Жусси вокруг своей оси. Перпендикулярная этой линии плоскость, таким образом, дважды просканировала все возможные направления движения Земли относительно «квантового эфира». И квантовое запутывание всё это время никуда не исчезало.

    Предполагая, что скорость Земли относительно «квантового эфира» – не больше 300 км/c, учёные смогли показать, что скорость «сигналов запутывания» должна быть как минимум в 10 тысяч раз выше скорости света.

    300 км/c учёные, конечно, взяли не с потолка – примерно такова скорость движения Земли относительно реликтового излучения, определяющего систему отсчёта, в которой вещество нашей Вселенной в среднем покоится. Естественно предположить, что и «квантовый эфир» должен покоиться относительно этой системы. Если этого не сделать, то скорость сигналов запутывания может оказаться и меньше, но всё равно должна составить как минимум несколько десятков скоростей света.

    Означает ли результат Салара и его коллег, что существуют сверхсветовые сигналы?

    Скорее всего, нет. По крайней мере, современная физика предложить какой-то реальной физической модели, объясняющей их существование, не может. А альтернатива «коварный демон против сверхсветового взаимодействия» следует исключительно из здравого смысла, который много раз подводил при попытке объяснения квантовых явлений.

    Квантовая же механика отлично обходится и «призрачным дальнодействием», и её не смущает мгновенная передача информации на любое расстояние. По мнению Жизена, проще предположить, что есть некоторое чисто квантовое явление, которому никакое объяснение не нужно. В конце концов, если уж мы взялись объяснять невероятную скорость взаимодействия между запутанными частицами, неплохо бы объяснить и причину, по которой величина этого эффекта не зависит от расстояния между частицами. А как подступиться к этой проблеме, вообще никто не знает.

    Возможно, ситуация со скоростью передачи квантовой информации прояснится, когда мы поймём связь квантовой теории с понятиями пространства и времени.

    Пока получить приемлемой со всех точек зрения квантовой теории пространства и времени никому не удавалось, а после её появления сам вопрос о скорости может оказаться бессмысленным, а наши расчёты – неверными.

    Подобное в истории физики уже случалось. В начале XIX века французский астроном Пьер-Симон Лаплас решил оценить скорость гравитации. Он подсчитал, что если гравитация распространяется с конечной скоростью, то в движении небесных тел появятся возмущения – тем большие, чем меньше скорость гравитации. Поскольку никаких возмущений не наблюдалось – с той точностью, которую в то время позволяли астрономические наблюдения, Лаплас сделал вывод, что скорость гравитации должна быть как минимум в 5–6 миллионов раз больше, чем скорость света, а может быть, и вовсе бесконечной.

    Через 100 с небольшим лет после этих попыток была создана общая теория относительности, и сейчас мы знаем, что возмущения гравитационного поля распространяются со скоростью света. А вычисления Лапласа были просто основаны на неправильной теории гравитации. Не исключено, что такая же судьба ждёт и результаты эксперимента швейцарских физиков». (14.08.2008, 19:56). 


«Перспективы: Квантовая оптика и квантовая телепортацияФизик Юджин Ползик (профессор физики, Институт Нильса Бора, Университет Копенгагена (Дания), член исполнительного комитета Российского квантового центра) в новой программе «Перспективы» рассказывает о механизме телепортации, информационной безопасности и квантовом компьютере».       Квантовая запутанность

    «Квантовая запутанность («сцепленность») (англ. Entanglement) — квантовомеханическое явление, при котором квантовое состояние двух или большего числа объектов должно описываться во взаимосвязи друг с другом, даже если отдельные объекты разнесены в пространстве. Вследствие этого возникают корреляции между наблюдаемыми физическими свойствами объектов. Например, можно приготовить две частицы, находящиеся в едином квантовом состоянии так, что когда одна частица наблюдается в состоянии со спином, направленным вверх, то спин другой оказывается направленным вниз, и наоборот, и это несмотря на то, что согласно квантовой механике, предсказать, какие фактически каждый раз получатся направления, невозможно. Иными словами, создаётся впечатление, что измерения, проводимые над одной системой, оказывают мгновенное воздействие на запутанную с ней. Однако то, что понимается под информацией в классическом смысле, всё-таки не может быть передано через запутанность быстрее, чем со скоростью света.
    Раньше исходный термин «entanglement» переводился противоположно по смыслу - как запу́танность, но смысл слова заключается в сохранении связи даже после сложной биографии квантовой частицы. Так что при наличии связи между двумя частицами в клубке физической системы, «подергав» одну частицу, можно было определить другую.
    Квантовая запутанность является основой таких будущих технологий, как квантовый компьютер и квантовая криптография, а также она была использована в опытах по квантовой телепортации. В теоретическом и философском плане данное явление представляет собой одно из наиболее революционных свойств квантовой теории, так как можно видеть, что корреляции, предсказываемые квантовой механикой, совершенно несовместимы с представлениями о, казалось бы, очевидной локальности реального мира, при которой информация о состоянии системы может передаваться только посредством её ближайшего окружения. Различные взгляды на то, что в действительности происходит во время процесса квантовомеханического запутывания, ведут к различным интерпретациям квантовой механики.

    История вопроса 

    В 1935 г. Эйнштейн, Подольский и Розен сформулировали знаменитый Парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена, который показал, что из-за связности квантовая механика становится нелокальной теорией. Известно, как Эйнштейн высмеивал связность, называя его «кошмарным дальнодействием. Естественно нелокальная связность опровергала постулат Теории относительности о предельной скорости света (передаче сигнала).
    С другой стороны, квантовая механика отлично зарекомендовала себя в предсказании экспериментальных результатов, и фактически наблюдались даже сильные корреляции, происходящие благодаря феномену запутывания. Есть способ, который позволяет, казалось бы, успешно объяснить квантовое запутывание - подход «теории скрытых параметров» при котором за корреляции отвечают определённые, но неизвестные микроскопические параметры. Однако, в 1964 г. Дж. С. Белл показал, что «хорошую» локальную теорию таким образом построить всё равно не удастся, то есть, запутывание, предсказываемое квантовой механикой, можно экспериментально отличить от результатов, предсказываемых широким классом теорий с локальными скрытыми параметрами. Результаты последующих экспериментов дали ошеломляющее подтверждение квантовой механики. Некоторые проверки показывают, что в этих экспериментах есть ряд узких мест, но общепризнано, что они несущественны.
    Связность приводит к интересным взаимоотношениям с принципом относительности, который утверждает, что информация не может переноситься с места на место быстрее, чем со скоростью света. Хотя две системы могут быть разделены большим расстоянием и быть при этом запутанными, передать через их связь полезную информацию невозможно, поэтому причинность не нарушается из-за запутанности. Это происходит по двум причинам:
    - результаты измерений в квантовой механике носят принципиально вероятностный характер;
    - теорема о клонировании квантового состояния запрещает статистическую проверку запутанных состояний.

    Причины влияния частиц

    (Эта страница использует содержимое оригинальной статьи, которая находится по адресу «Проведены новые эксперименты по проверке механизма квантовой запутанности» в соответствии с принципом добросовестного использования).

    В нашем мире существуют особые состояния нескольких квантовых частиц - запутанные состояния, у которых наблюдаются квантовые корреляции (вообще, корреляция - это взаимосвязь между событиями выше уровня случайных совпадений). Эти корреляции можно обнаружить экспериментально, что было сделано впервые свыше двадцати лет назад и сейчас уже рутинно используется в разнообразных экспериментах. В классическом (то есть неквантовом) мире существует два типа корреляций - когда одно событие является причиной другого или же когда у них обоих есть общая причина. В квантовой теории возникает третий тип корреляций, связанный с нелокальными свойствами запутанных состояний нескольких частиц. Этот третий тип корреляций трудно представить себе, пользуясь привычными бытовыми аналогиями. А может быть, эти квантовые корреляции есть результат какого-то нового, неизвестного до сих пор взаимодействия, благодаря которому запутанные частицы (и только они!) влияют друг на друга?
    Сразу стоит подчеркнуть «ненормальность» такого гипотетического взаимодействия.  Квантовые корреляции наблюдаются, даже если детектирование двух разнесенных на большое расстояние частиц происходит одновременно (в пределах погрешностей эксперимента). Значит, если такое взаимодействие и имеет место, то оно должно распространяться в лабораторной системе отсчета чрезвычайно быстро, со сверхсветовой скоростью. А из этого неизбежно следует, что в других системах отсчета это взаимодействие будет вообще мгновенным и даже будет действовать из будущего в прошлое (правда, не нарушая принцип причинности).

    Суть эксперимента
Геометрия эксперимента. Пары запутанных фотонов порождались в Женеве, затем фотоны посылались вдоль оптоволоконных кабелей одинаковой длины (отмечены красным цветом) в два приемника (отмечены буквами APD), отстоящими друг от друга на 18 км. (Изображение из обсуждаемой статьи в Nature)

    Идея эксперимента состоит в следующем: создадим два запутанных фотона и отправим их в два детектора, отстоящих как можно дальше друг от друга (в описываемом эксперименте расстояние между двумя детекторами было 18 км). При этом пути фотонов до детекторов сделаем по возможности одинаковыми, так чтобы моменты их детектирования были максимально близкими. В этой работе моменты детектирования совпадали с точностью примерно 0,3 наносекунды. Квантовые корреляции в этих условиях по-прежнему наблюдались. Значит, если предположить, что они «работают» за счет описанного выше взаимодействия, то его скорость должна превышать скорость света в сотню тысяч раз.

    Такой эксперимент, на самом деле, проводился этой же группой и раньше, см., например, статьи "The speed of quantum information and the preferred frame: analysis of experimental data" и "Experimental test of nonlocal quantum correlation in relativistic configurations", опубликованные в 2000-2001 годах. Новизна данной работы лишь в том, что эксперимент длился долго. Квантовые корреляции наблюдались непрерывно и не исчезали ни в какое время суток.
    Почему это важно? Если гипотетическое взаимодействие переносится некоторой средой, то у этой среды будет выделенная система отсчета. Из-за вращения Земли лабораторная система отсчета движется относительно этой системы отсчета с разной скоростью. Это значит, что промежуток времени между двумя событиями детектирования двух фотонов будет для этой среды всё время разным, в зависимости от времени суток. В частности, будет и такой момент, когда эти два события для этой среды будут казаться одновременными. (Тут, кстати, используется тот факт из теории относительности, что два одновременных события будут одновременными во всех инерциальных системах отсчета, движущихся перпендикулярно соединяющей их линии).
    Если квантовые корреляции осуществляются за счет описанного выше гипотетического взаимодействия и если скорость этого взаимодействия конечна (пусть и сколь угодно большая), то в этот момент корреляции бы исчезли. Поэтому непрерывное наблюдение корреляций в течение суток полностью закрыло бы эту возможность. А повторение такого эксперимента в разные времена года закрыло бы эту гипотезу даже с бесконечно быстрым взаимодействием в своей, выделенной системе отсчета.
    К сожалению, этого достичь не удалось из-за неидеальности эксперимента. В этом эксперименте для того, чтобы сказать, что корреляции действительно наблюдаются, требуется накапливать сигнал в течение нескольких минут. Исчезновение корреляций, например, на 1 секунду этот эксперимент не смог бы заметить. Именно поэтому авторы не смогли полностью закрыть гипотетическое взаимодействие, а лишь получили ограничение на скорость его распространения в своей выделенной системе отсчета, что, конечно, сильно снижает ценность полученного результата.

    А может быть...? 

    Читатель может спросить: а если всё же описанная выше гипотетическая возможность реализуется, но просто эксперимент из-за своей неидеальности ее проглядел, то означает ли это, что теория относительности неверна? Можно ли использовать этот эффект для сверхсветовой передачи информации или даже для перемещения в пространстве?
    Нет. Описанное выше гипотетическое взаимодействие по построению служит единственной цели - это те «шестеренки», которые заставляют «работать» квантовые корреляции. Но уже доказано, что с помощью квантовых корреляций невозможно передать информацию быстрее скорости света. Поэтому каков бы ни был механизм квантовых корреляций, нарушить теорию относительности он не может».

    Коммент: «Гипотетическое взаимодействие по построению - почему гипотетическое построение? Это же научный эксперимент. В чем его гипотетичность, непонятно. Что такое взаимодействие по построению? тут не хватает ключевого слова или я что-то не понимаю... Информация передается или нет? Я так понимаю, что передается. почему тогда не противоречит Теории относительности?» (Источник: статья «Квантовая запутанность» на портале «Виртуальная лаборатория»). 

    Запутанные состояния

    «В квантово-криптографических системах основным рабочим ресурсом являются запутанные состояния фотонов, и их мгновенная нелокальная связь (квантовые корреляции) позволяет обеспечить абсолютную защиту информации от постороннего доступа. Связь между запутанными фотонами не просто «сверхсветовая», а именно бесконечная, мгновенная, но в данном случае она используется не для передачи информации, а для контроля безопасности канала связи - при доступе к передаваемой информации «со стороны» когерентность фотонов (квантовая запутанность) тут же нарушается.
    В разрабатываемых квантовых компьютерах запутанность также является основным рабочим ресурсом. В отличие от обычного компьютера, ячейки памяти которого могут принимать лишь два возможных значения (например, нуль и единица) и содержат классический бит информации, квантовый компьютер использует квантовые биты - кубиты (quantum bits, qubits). За счет суперпозиции состояний кубитов, наличия комплексных амплитуд и фазовых множителей возможности квантовых компьютеров существенно (экспоненциально) превышают возможности обычных. Запутанность между кубитами - это необходимое условие для работы квантового компьютера, это ключевой фактор, отвечающий за квантовый параллелизм и определяющий преимущество квантового компьютера над обычным.
    Еще раз подчеркну, что квантовая запутанность - это не теоретическая абстракция, которую ввели физики-теоретики, а объективный факт окружающей реальности. Это то, что существует в природе независимо от наших представлений, собственно, поэтому она и может быть использована на практике.
    В чем же заключаются удивительные особенности запутанных состояний? Почему они привлекают такое пристальное внимание исследователей? Суть в том, что они в прямом смысле являются запредельными, потусторонними, трансцендентными, как сказали бы философы, по отношению к материальному миру. Их свойства и возможности просто фантастические с точки зрения классической физики и наших привычных представлений о реальности. Поговорим об этом более подробно.
    Квантовая запутанность возникает в системе, состоящей из двух и более взаимодействующих подсистем (или взаимодействовавших ранее, а затем разделенных), и представляет собой суперпозицию макроскопически различимых состояний. В таких системах флуктуации отдельных частей взаимосвязаны, но не посредством обычных классических взаимодействий, ограниченных, например, скоростью света, а посредством нелокальных квантовых корреляций. В этом случае изменение одной части системы в тот же момент времени сказывается на остальных ее частях (даже если они разделены в пространстве, вплоть до бесконечно больших расстояний). И это не просто теория. Как уже говорилось, «магические» свойства запутанных состояний подтверждены многочисленными физическими экспериментами, и именно эти «сверхъестественные» возможности лежат в основе работы квантового компьютера, когда все кубиты благодаря квантовой запутанности могут согласованно и мгновенно изменять свое состояние, даже если мы изменим состояние одного кубита.
    Таким образом, запутанность - это особый тип взаимосвязи между составными частями системы, у которой нет аналога в классической физике. Эта связь противоестественна, немыслима с точки зрения классических представлений о реальности и выглядит магической в прямом смысле этого слова.
Квантовая запутанность - состояние неразрывной целостности, единства. Обычно дают такое определение: запутанное состояние - это состояние составной системы, которую нельзя разделить на отдельные, полностью самостоятельные и независимые части. Оно является несепарабельным (неразделимым). Запутанность и несепарабельность - тождественные понятия.
    Когда квантовая теория обогатилась пониманием того, что квантовая запутанность - это обычная физическая величина, и с ней можно работать, как с другими физическими величинами, такими как энергия, масса и т. д., то возникла необходимость в ее количественном описании. Запутанные состояния нужно было охарактеризовать по величине (степени) запутанности. Одним из первых такую количественную характеристику, то есть меру запутанности, ввел в 1996 году Чарльз Беннетт (с соавторами) (Bennett C. H., Bernstein H. J., Popescu S. and Schumacher B. Phys. Rev. A 53, 2046. 1996). 
    В зависимости от величины квантовой запутанности (она изменяется от нуля до единицы) система может состоять из отделимых локальных частей, которые слабо связаны друг с другом. В этом случае мера запутанности близка к нулю. Если же система составляет единое неразделимое целое, то мера запутанности равна единице. Это нелокальное состояние, и тогда в системе нет никаких классических, «видимых» объектов (даже на тонких уровнях реальности).
    Разделить на строго независимые части можно систему, части которой находятся в сепарабельном (незапутанном) состоянии (мера запутанности равна нулю). Такое разделение возможно только в том случае, если части системы никогда не взаимодействовали друг с другом.
    Любой объект, который взаимодействует со своим окружением, находится с ним в запутанном состоянии. Особо подчеркну: речь идет о любых объектах, в том числе макроскопических. Например, взаимодействуя с окружением, мы связаны с ним нелокальными квантовыми корреляциями. Может возникнуть вопрос: почему же тогда мы не чувствуем эти корреляции, почему не ощущаем нашу квантовую запутанность? Но дело в том, что мы прекрасно ее ощущаем, только не выделяем своим вниманием. Более того, у нас есть возможность сознательно и целенаправленно изменять меру запутанности. А это уже настоящая магия, и в дальнейшем нам предстоит поговорить об этом подробнее. Пока лишь отмечу, что существует большое количество самых различных типов взаимодействий макросистем с окружением, много каналов квантовой запутанности с различной мерой несепарабельности. По одним степеням свободы мы, например, локальны (наши тела разделены в пространстве), а по другим (в частности, можно говорить о наших чувствах или мыслях) - нелокальны, несепарабельны.
    Величина запутанности зависит от интенсивности взаимодействия. Так, управляя взаимодействием с окружением, можно манипулировать мерой квантовой запутанности между составными частями системы. Например, замкнутая система может находиться в максимально запутанном состоянии и не будет иметь внутри себя локальных (классических) составных частей (подсистем). Но если она начинает взаимодействовать с окружением, то мера запутанности между ее подсистемами постепенно уменьшается, и они «проявляются» в виде локальных объектов. В качестве примера можно привести такую аналогию. Пусть у нас есть лист фотобумаги с непроявленным изображением - это своеобразное нелокальное состояние. Видимые формы объектов могут появиться только в том случае, если мы опустим фотобумагу в проявитель (взаимодействие с окружением). Ситуация с запутанностью лишь немного сложнее — там нет заранее отображенной «картинки» с негатива. Потенциальное изображение (и оно не одно!) как бы равномерно «размазано» по фотобумаге и поэтому невидимо. Все возможные элементы находятся в суперпозиционном состоянии, у них нет локальных форм. При наличии взаимодействия с окружением суперпозиция разрушается, и проявляется то или иное классическое состояние в зависимости от типа взаимодействий. Этот физический процесс называется декогеренцией. Другой стороной этого процесса является возрастание меры запутанности системы с окружением. Оно будто «растаскивает» в разные стороны части того, что раньше было единым целым, придает им определенную форму, и они становятся видимыми, различимыми с нашей привычной, классической точки зрения.
    Существует и обратный процесс - запутанность можно «концентрировать», увеличивать. Этот процесс называется рекогеренцией, или дистилляцией запутанности. В нашем примере с фотографией это равносильно тому, что с помощью неких хитрых операций с полученным снимком и отработанным проявителем мы сумеем вновь сделать лист фотобумаги чистым, то есть сможем вернуться к исходному суперпозиционному состоянию непроявленных изображений.
    Но запутанность - это не просто наложение различных состояний друг на друга и такое их переплетение, когда нет возможности «найти концы» и отделить одно от другого. Прежде всего, это наличие «потусторонней» связи между подсистемами, которая необъяснима с точки зрения известных физических полей и взаимодействий. Квантовые корреляции - это не просто взаимодействия, а скорее «телепатия», когда один объект непосредственно «ощущает» свое единство с другими телами, когда все внешние изменения мгновенно отзываются в нем самом, и, наоборот, изменения в объекте тут же сказываются на окружении. Здесь вся «игра» идет в пределах того, что принадлежит отдельным подсистемам в равной мере, в той составляющей, которая является общей для них, и эта общая часть изменяется как одно целое одновременно в различных объектах. Мера этого единства и степени взаимопроникновения одного тела в другое может быть разная, и она как раз характеризуется мерой квантовой запутанности. На первый взгляд, отдельные предметы, окружающие нас, могут выглядеть полностью самостоятельными и независимыми друг от друга. Но если они когда-то взаимодействовали (не только при прямом контакте, но и посредством физических полей), то мера квантовой запутанности между ними уже не будет равна нулю, и, пусть в самой незначительной своей части, эти объекты будут связаны квантовыми корреляциями.
    Но у квантовой запутанности и абсолютной согласованности поведения отдельных частей системы есть и обратная сторона. В максимально запутанном состоянии подсистемы полностью лишены самостоятельности, у них как бы нет «свободы воли», они не могут изменяться независимо от других подсистем. Самое малое «шевеление» какой-то одной подсистемы сопровождается одновременным согласованным изменением всех остальных частей системы. У подсистем нет индивидуальной динамики, нет возможности провести границу между собой и окружением и «сказать»: здесь Я, а здесь не Я. Она не может «ощутить» свою индивидуальность и не способна эволюционировать в качестве отдельной самостоятельной «личности».
    Кто-то из читателей может возразить, что все рассуждения о квантовой запутанности относятся исключительно к микрочастицам, и их нельзя распространять на макрообъекты, что все это не имеет отношения к окружающей нас реальности и никак в ней не проявляется. Однако сразу обращает на себя внимание тот факт, что удивительные свойства квантовой запутанности по своим проявлениям очень хорошо перекликаются с теми «сверхъестественными» возможностями человека, которые развивают в себе и широко практикуют представители различных эзотерических школ. В свете квантовой запутанности и процессов декогеренции/рекогеренции уже по-иному воспринимаются многочисленные свидетельства различных чудес и невероятных событий, о которых упоминается в мистической и религиозной литературе.
    Здесь стоит отметить, что теория запутанных состояний - это не теория микрочастиц, как иногда ошибочно считают. Ее основные результаты формулируются в терминах систем и подсистем, то есть общие выводы справедливы и в отношении произвольных макросистем. Микрочастицы являются лишь наиболее удобными объектами для изучения и манипулирования квантовой запутанностью в физических исследованиях. Она у них проявляется особенно сильно, и ее уже невозможно игнорировать, как в случае с макрообъектами. Причем мера квантовой запутанности между частицами может контролироваться и целенаправленно изменяться в очень широких пределах - практически от нуля и вплоть до максимально запутанного, полностью нелокального состояния.
    Мера квантовой запутанности непосредственно связана с информацией, содержащейся в системе, которая может быть выражена количественно, например, через энтропию фон Неймана (Более подробно см. главу 3, раздел 3.4.) для чистых состояний. 
    Связь между квантовой информацией и запутанностью позволяет описывать систему в терминах информации. В этом случае физические процессы усиления и уменьшения квантовой запутанности между составными частями системы рассматриваются как процессы обмена информацией между системой и ее окружением. Если запутанность между подсистемами уменьшается, то можно сказать, что система теряет часть своей информации в окружении при взаимодействии с ним. Информация как бы «перетекает» из самой системы в ее внешнее окружение. Былое единство и неразрывная целостность подсистем нарушаются, они отделяются друг от друга, приобретают индивидуальные характеристики и видимую форму (локализуются в виде классических объектов). Квантовая информация, которая связывала раньше части системы в единое целое и позволяла общаться по квантовому каналу связи на телепатическом уровне, уходит в окружение. Части системы теряют согласованность поведения и возможность «прямого знания» друг о друге. Теряется ощущение взаимопроникновения и непосредственного восприятия своих «соседей» как самого себя. При взаимодействии с окружением прямая телепатическая связь между подсистемами заменяется косвенной связью, теперь уже через окружение, и чем больше окружение у нашей системы, тем сильнее «размывается» эффект «прямого знания».
    При описании в терминах квантовой информации замкнутая система - единое информационное поле, которое содержит в себе данные о всех возможных реализациях внутренней структуры системы. Это как бы лист непроявленной фотобумаги, который, тем не менее, содержит вполне определенный набор потенциальных изображений, вся исходная информация там уже содержится.
В квантовой теории любая замкнутая система находится в нелокальном (непроявленном) состоянии из-за того, что нет внешнего окружения, некому осуществить редукцию. Это нематериальное состояние, о котором можно говорить в терминах квантовой информации, назвав его чистой информацией. А описать его в материальных терминах типа «совокупность большого числа элементарных частиц, физических полей» и т. п. невозможно, поскольку ничего этого просто не существует: это пустота, нелокальное состояние.
    Может возникнуть вопрос: а как же законы сохранения массы, энергии и т. д., которые все мы изучали в школе? Как известно, законы сохранения справедливы для замкнутых систем. А в квантовой теории замкнутая система - это чистая квантовая информация. Поэтому все, о чем мы говорим, сводится к сохранению такой первичной информации. По сути дела, все, чем занимается физика квантовой информации, - это изучение законов, по которым квантовая информация проявляется в локальных дискретных формах тварного мира (декогеренция), и обратного процесса растворения локальных форм, их перехода в нелокальное суперпозиционное состояние (рекогеренция). Квантовая теория, по сравнению с классической физикой, рассматривает более широкий круг явлений и процессов в окружающей реальности на самом фундаментальном уровне. Материальный мир с его законами сохранения - лишь небольшая часть совокупной Квантовой Реальности, и, соответственно, сфера применения законов сохранения материи, с точки зрения квантовой теории, ограничена классической реальностью». (С.И. Доронин, «Квантовая магия». Раздел 1.2.).  Также см. раздел 1.3.  «Декогеренция». 

    Обсуждение: Тема: «Квантовая запутанность - помогите разобраться!»  Астрофорума.  

    «Осуществлена квантовая запутанность в алмазе». (2008-06-10). 
В тот момент, когда Золушка делает замер поляризации первой из спутанных частиц, нам становится известно, какая характеристика будет у второй, которую измеряет прекрасный принц (иллюстрация с сайта ipod.org.uk).
    «Физики квантово запутали фотоны, одновременно не существующие». (27 мая 2013 в 14:00). 

    «Новая теория убедительно объединила ход времени и квантовую запутанность». (3 мая 2014 в 10:00). 

    «Установлен новый рекорд квантовой телепортации». (24 Сентября 2014, 06:00). 

    Дополнение от 24 марта 2015 года

    Альберт Эйнштейн: полемика с Нильсом Бором

    «Альберт Эйнштейн, который во многих отношениях был отцом квантовой механики, имел с ней характерные отношения любви-ненависти. Его полемика с Нильсом Бором - Бор полностью принимал квантовую механику, а Эйнштейн относился к ней крайне скептически - хорошо известна в истории науки. Общепринятое мнение среди большинства физиков состоит в том, что Бор победил, а Эйнштейн проиграл. На мой взгляд, и, я думаю, это мнение разделяет растущее число физиков, такая оценка несправедлива в отношении взглядов Эйнштейна.

    Бор и Эйнштейн оба были очень глубокими мыслителями. Эйнштейн изо всех сил стремился показать, что квантовая механика внутренне противоречива; Бор, однако, всегда находил возражения на его аргументы. Но в своей последней атаке Эйнштейн указал на нечто столь глубокое, столь контринтуитивное, столь тревожащее и в то же время столь возбуждающее, что в начале XXI века эта идея вновь вдохновляет физиков-теоретиков. Единственным ответом Бора на последнее великое открытие Эйнштейна - открытие квантовомеханической запутанности - было его игнорирование.

    Явление запутанности - это ключевой факт квантовой механики, факт, который делает ее столь отличной от классической физики. Благодаря ему под вопросом оказалось все наше понимание того, что в физическом мире является реальным. Согласно обыденному интуитивному представлению о физических системах, если мы всё знаем о системе, то есть всё, что в принципе о ней можно знать, то мы знаем также всё о ее частях. Если мы располагаем полным знанием об автомобиле, то знаем всё о его колесах, двигателе, коробке передач - вплоть до последнего винтика, удерживающего обивку. Будет абсурдом, если механик скажет: «Я знаю всё о вашем автомобиле, но, к сожалению, я ничего не могу сказать о его деталях».
    Но ведь именно это Эйнштейн объяснял Бору: в квантовой механике можно знать всё о системе и ничего о ее отдельных частях, однако Бор не смог признать этот факт, который также игнорировался в нескольких поколениях учебников по квантовой физике...» (Леонард Сасскинд. Предисловие к книге: Леонард Сасскинд, Арт Фридман «Квантовая механика. Теоретический минимум». Издательский дом «Питер», 2015 год).
    [Книга в работе...] 

    На эту тему:

1. 2. Обозначения Дирака

Для изображения квантового состояния в формализме Шредингера используется волновая функция - функция совокупности координатв определённый момент времени t, символ a – индекс состояния, набор соответствующих квантовых чисел, которые определяют состояние. Например, для атома водорода -, n, m, l-квантовые числа, определяющие состояние электрона, r,,-пространственные координаты электрона.

Скобочное обозначение Дирака для состояния имеет вид <|a>, т.е. =<|a>. Состояние a квантовой системы описывается вектором состояния «кет» |a> или вектором состояния “бра» <|a. Эти векторы связаны между собой: <|a=|a>. Эрмитовы операторыдействуют на кет-вектор слева, а на бра-вектор – справа и преобразуют их в другие векторы состояний, соответственно, - кет или бра. Например, если |b>=, то <b|=(=<a|=<a|. Скалярное произведение <, матричный элемент оператора

1. 3. Перепутанные состояния

Впервые понятие «перепутанных» или "сцепленных" состояний было введено Э.Шредингером в 1935г. Шредингер ввел понятие перепутанных состояний для описания состояния совокупной или составной системы, которая состоит из нескольких частей, причем части общей системы могут быть пространственно разнесены. Шрёдингер назвал свойство сцепленности "…самой главной характерной особенностью квантовой механики, которая заставляет полностью отказаться от классических представлений". Сцепленные объекты связаны между собой на любом расстоянии. Квантовая запутанность — это не теоретическая абстракция, которую ввели физики-теоретики, а объективный факт окружающей реальности. Это то, что существует в природе независимо от наших представлений, собственно, поэтому она и может быть использована на практике.

Квантовая запутанность возникает в системе, состоящей из двух и более взаимодействующих подсистем (или взаимодействовавших ранее, а затем разделенных), и представляет собой суперпозицию различимых состояний. В таких системах флуктуации отдельных частей взаимосвязаны, но не посредством обычных классических взаимодействий, а посредством нелокальных квантовых корреляций. В этом случае изменение одной части системы в тот же момент времени сказывается на остальных ее частях (даже если они разделены в пространстве). В настоящее время свойства запутанных состояний подтверждены многочисленными физическими экспериментами, и именно эти возможности лежат в основе работы квантового компьютера, когда все кубиты, благодаря квантовой запутанности, могут согласованно и мгновенно изменять свое состояние, даже если изменяется состояние одного кубита.

Запутанность — это особый тип взаимосвязи между составными частями системы, у которой нет аналога в классической физике. Квантовая запутанность — состояние неразрывной целостности, единства. Запутанное состояние — это состояние составной системы, которую нельзя разделить на отдельные, полностью самостоятельные и независимые части. Оно является несепарабельным (неразделимым). Запутанность и несепарабельность — тождественные понятия.

По принципу сепарабельности состояния любых сепарабельных (отделимых) по пространству и времени подсистем S1, S2, ..., SN составной системы S индивидуально хорошо определены, так же и состояния составной системы целиком и полностью определены ее подсистемами и их физическими взаимодействиями, включая их пространственно-временные отношения.

Рассмотрим эксперимент, проведённый в Рочестерском университете Л. Манделом с сотрудниками в начале 90-х годов 20 века.

Рис. 1.1. Схема эксперимента по перепутанным состояниям фотонов.

Лазерный луч с помощью полупрозрачного зеркала расщеплялся на два пучка, а затем каждый из пучков направлялся на так называемый нелинейный кристалл, способный расщеплять квант света (фотон) на два дочерних кванта. Закон сохранения энергии при этом, конечно же, выполняется: энергия каждого из дочерних квантов вдвое меньше энергии материнского кванта. Например, если падает луч лазера с длиной волны 405 нм (синего цвета), то на выходе из кристалла будут два луча с длиной волны 810 нм (красного цвета), энергия каждого кванта которых вдвое меньше энергии кванта в исходном луче. Затем с помощью системы зеркал делалось так, что каждая из этих двух пар фотонов интерферировала между собой. Результаты наблюдения интерференционной картины фиксировались детекторами Д1-Д2 для первой пары фотонов и детекторами Д3-Д4 - для второй пары.

Как известно, любая частица, обладающая ненулевым спином, в том числе фотон, характеризуется поляризацией, то есть проекцией спина на направление движения. Фотоны могут обладать двумя состояниями поляризации, отвечающими двум возможным проекциям спина - вдоль и против направления движения. Вид поляризации света определяет плоскость колебаний электрического поля электромагнитных волн, и существуют так называемые анализаторы (специальные кристаллы), способные пропускать кванты только с определённой поляризацией. Поскольку различные состояния поляризации находятся в состоянии суперпозиции, то с помощью такого кристалла можно выделять те или иные её компоненты. Если подобный кристалл поставить по ходу одного из лучей и вращать его относительно оси луча, то интерференционная картина будет меняться из-за изменения соотношения между компонентами суперпозиции. Подобные действия в данном эксперименте приведут к изменению вероятностей регистрации фотонов (одного или двух) каждым из детекторов. Итак, были пространственно разнёсены два пучка на достаточно большое расстояние и менялись с помощью анализатора соотношения между компонентами суперпозиции на одном из них (нижнем на рис. 1.1). В силу таких манипуляций интерференционная картина на этом пучке менялась. На втором пучке никаких манипуляций не производилось. Но интерференционная картина, наблюдаемая на этом втором пучке, точно повторяла интерференционную картину на пучке, с которым экспериментировал Мандел. И картина эта менялась мгновенно, в то же самое время, когда менялась картина на первом пучке. Экспериментатор в этом случае никак не взаимодействовал с объектом наблюдения, и никакого материального носителя взаимодействия между пучками не было. Выходит, квантовый объект каким-то образом узнавал, что происходит с другим объектом, удалённым от него на значительное расстояние (сейчас проведены эксперименты с расстоянием между парами фотонов более 100 км).    Подобную связь между частицами называют квантовыми корреляциями, а состояния участвующих в них частиц запутанными. Запутанные или сцеплённые состояния в общем случае могут возникать в системе, которая в какой-то момент времени распадается на невзаимодействующие подсистемы. Например, если электрон сталкивается с атомом, то образуется запутанное состояние, в котором состояние электрона будет коррелированно с состоянием атома в результате произошедшего взаимодействия. Отметим, что запутанное состояние не может быть представлено в виде совокупности состояний отдельных частей системы в силу наличия корреляций между ними. Также, запутанность - это физическая величина, которая имеет количественные характеристики, и она может быть определена непосредственно в эксперименте.    Суперпозиционные состояния - более общее понятие, чем запутанные состояния. В них компоненты волновой функции могут быть как коррелированны между собой, так и нет. Последний случай отвечает наличию в системе изолированных подсистем, которые никогда не взаимодействовали друг с другом. В эксперименте Мандела запутанные состояния пар фотонов возникали в ходе расщепления исходного кванта на нелинейном кристалле, а лазер был необходим для создания совершенно идентичных по своим характеристикам фотонов.

Теперь представим, что возле одного из пучков находится Наблюдатель 2 (Н 2), который проводит эксперименты, а возле другого – Наблюдатель 1 (Н 1), который не знает о существовании Н 2. Для Н 1 изменение результатов эксперимента на его пучке выглядит как чудо. Ведь Н 1 ничего не делает со своим пучком, все условия эксперимента остаются постоянными, а интерференционная картина по совершенно, казалось бы, непонятным причинам меняется. Похожую схему можно использовать и для "мгновенной" передачи информации между Н 1 и Н 2. Посредством присоединения третьей - "информационной" - частицы к одной из сцепленных частиц у Н 2 можно передать ее свойства другой подобной частице, находящейся на установке Н 1. То есть мы можем не только мгновенно передать информацию о состоянии какой-либо частицы, но и воспроизвести это состояние. И закодировать в последовательности передаваемых состояний любое сообщение.   Явление мгновенной передачи свойств частицы на расстояние получило название квантовой телепортации (см. далее). Способ практической реализации этого эффекта был предложен в 1993 году группой Чарльза Беннета (IBM), а само явление впервые наблюдалось в работах австрийских исследователей из университета в Инсбруке, возглавляемых Антоном Цайлингером, и итальянских, из Римского университета под руководством Франческо Де Мартини в 2001 - 2002 годах. Однако для передачи информации необходимо, чтобы Н 1 и Н 2 согласовали свои действия. Ведь по поступающим сигналам нельзя определить, передаёт ли коллега сообщение, или нет. Поэтому нужно либо заранее договорится о времени передачи, либо об условном сигнале (например, определённой последовательности переданных состояний), означающим начало передачи. И, конечно, необходимо договориться о кодировке сообщений, - то есть, какая последовательность состояний означает, к примеру, ту или иную букву алфавита. Вообще говоря, никакой "передачи" информации не происходит, информация просто распределена между подсистемами, а Н 1 и Н 2 в ходе подобного эксперимента имеют доступ к единому нелокальному объекту. Для мгновенного обмена информацией необходимо сначала где-то создать запутанные пары фотонов и как-то переслать им. На сегодняшний день, использование оптоволоконных технологий позволяет сохранить запутанность пар фотонов на расстояниях до нескольких сотен километров, это пока создаёт предел для реализации устройств мгновенной квантовой связи. Но это чисто технический вопрос, рано или поздно он будет решён, и уже сейчас интенсивно обсуждаются вопросы создания глобальных систем квантовой связи. Можно высказать предположение и о создании "квантовых консервов" - устройств, в которых когерентность состояний тех или иных объектов не разрушается достаточно долго, и которые можно будет просто брать с собой. Не противоречит ли возможность мгновенной передачи информации теории относительности? Нет, не противоречит. Теория относительности говорит о пределе в виде скорости света на скорость движения материальных объектов и скорость передачи взаимодействия между ними. Это совершенно справедливо для локальных (классических) объектов. В случае же пар фотонов в запутанном состоянии нет никакого взаимодействия между ними, нет никакой передачи информации между ними, они просто остаются единым объектом, как бы далеко друг от друга не находились. Это грань реальности, которая выходит за рамки теории относительности. Предположим, что Н 2 находится возле нас, а Н 1, вместе со своей установкой и источником пар фотонов - возле звезды, расстояние до которой миллион световых лет. То есть Н 1 поставил свои эксперименты миллион лет назад, а до Н 2 только сейчас долетел свет из расщеплённого пучка, и он начал свои манипуляции с ним. Что же будет? Результат не изменится: проводимые сейчас эксперименты Н 2 изменят результаты экспериментов Н 1, который, может быть, уже давным-давно умер, и даже успел опубликовать их результаты. Ведь определение Н 2 состояния фотонов определяет свойства фотонов Н 1, и результаты у того меняются вне зависимости от расстояния между ними и прошедшего времени. То есть более позднее во времени действие влияет на произошедшее ранее событие. Это парадокс, неразрешимый в рамках классического подхода, в квантовой механике следует понимать так, что физическая интерпретация более ранних экспериментов зависит от позднейших измерений. Если же Н 1 не знает о проводимом Н 2 эксперименте, он вероятнее всего решит, что необъяснимые статистически результаты эксперимента вызваны какими-либо неполадками в установке. Он ведь не может найти никаких причин для аномальных результатов, поскольку они находятся в другом событийном пространстве.   Подобный эффект обратной причинности был совсем недавно исследован группой Антона Цайлингера. Предсказания квантовой механики подтвердились в очередной раз: более ранняя регистрация фотонов Н 1 по сравнению с действиями Н 2 никак не сказывается на результатах эксперимента.

Настоящая квантовая теория начинается там, где появляются несепарабельные состояния. Причем речь идет не о каких-то «интерпретациях», в которых эта несепарабельность (квантовая запутанность) вводится с некой «хитрой» целью, а о стандартной квантовой теории, и наличие несепарабельных состояний — это естественное следствие основного принципа квантовой механики — принципа суперпозиции состояний.

Т.о., несепарабельные состояния отдельной системы никакими ухищрениями типа статистической (ансамблевой) интерпретации невозможно свести к привычным классическим представлениям и сепарабельным состояниям.

В квантовой теории известен принцип несепарабельности: если две системы взаимодействовали в прошлом, то в общем случае невозможно приписать один вектор состояния любой из двух подсистем.

Этот принцип является прямым следствием общих правил квантовой механики. Принцип является всеобщим, и взаимодействия могут быть любого рода, между любыми системами.

Принцип несепарабельности — самый общий, и обычно мы имеем дело с целым набором самых различных взаимодействий с окружением, при этом отдельным взаимодействиям соответствует своя степень квантовой запутанности (несепарабельности). Вот почему в «игру» вступают относительные величины квантовой запутанности. Для сильных классических взаимодействий сепарабельность выше, поэтому хорошо работает приближение, не принимающее во внимание квантовую запутанность в классической физике. Однако подсистемы могут находиться в практически сепарабельном состоянии по одним степеням свободы, но несепарабельны по другим. Например, мы сепарабельны (разделены) в своих физических телах, но в какой-то мере несепарабельны по чувствам и еще более — по мыслям.

В настоящее время под «квантовой системой» в общем случае понимается любая система, описываемая в терминах состояний, то есть посредством «вектора состояния», «матрицы плотности» и т. д. Это наиболее полное описание. А классическая физика для макросистем — лишь частный случай квантового описания, предельный случай, когда мы пренебрегаем несепарабельностью. Вся классическая физика — это сепарабельное описание.

Макросистемы отличаются от микрочастиц только в одном плане — на микроуровне эффекты несепарабельности выражены наиболее явно, для микрочастиц квантовые корреляции сравнимы с классическими взаимодействиями, поэтому без запутанности тут уже не обойтись.

«Вычеркнуть» запутанность очень просто — достаточно ею пренебречь и не принимать во внимание.

Несепарабельные (запутанные) состояния не имеют никакого аналога в классической физике. Они никак не могут быть ею объяснены и описаны. Вообще же чистых сепарабельных состояний вокруг нас нет — все когда-то образовалось, вероятно, из единого источника, однако методами квантовой теории можно описывать неотделимые состояния как отделимые, пренебрегая запутанностью, обнуляя недиагональные элементы в матрице плотности. Так и получается классическая физика.

Полная несепарабельность — это максимальная запутанность с окружением по всем степеням свободы, что означает полную нелокальность объекта. Если объекты локализованы, значит, по каким-то степеням свободы мы можем записать сепарабельный вектор состояния (диагональную матрицу плотности), взяв в качестве базисных векторов сепарабельные собственные состояния. Например, запутанную по спинам пару частиц можно описать двумя различными векторами состояния: один вектор — в координатном представлении — тогда частицы будут сепарабельны по координатам, и с каждой частицей сопоставляется свой вектор состояния (тоже в координатном базисе). С другой стороны, мы можем записать вектор состояния этой пары частиц в спиновом представлении, в базисе по спиновым степеням свободы. Тогда система будет несепарабельна по этим степеням свободы, и мы уже не сможем записать свои векторы состояния для каждой частицы в этом базисе.

Когда квантовая теория обогатилась пониманием того, что квантовая запутанность — это обычная физическая величина, и с ней можно работать, как с другими физическими величинами, такими как энергия, масса и т. д., то возникла необходимость в ее количественном описании. Запутанные состояния нужно было охарактеризовать по величине (степени) запутанности. Одним из первых такую количественную характеристику, то есть меру запутанности, ввел в 1996 году Чарльз Беннетт с соавторами.

В зависимости от величины квантовой запутанности (она изменяется от нуля до единицы) система может состоять из отделимых локальных частей, которые слабо связаны друг с другом. В этом случае мера запутанности близка к нулю. Если же система составляет единое неразделимое целое, то мера запутанности равна единице. Это нелокальное состояние, и тогда в системе нет никаких классических, «видимых» объектов.

Разделить на строго независимые части можно систему, части которой находятся в сепарабельном (незапутанном) состоянии (мера запутанности равна нулю). Такое разделение возможно только в том случае, если части системы никогда не взаимодействовали друг с другом.

Вообще любой объект, который взаимодействует со своим окружением, находится с ним в запутанном состоянии. Величина запутанности зависит от интенсивности взаимодействия. Так, управляя взаимодействием с окружением, можно манипулировать мерой квантовой запутанности между составными частями системы. Например, замкнутая система может находиться в максимально запутанном состоянии и не будет иметь внутри себя локальных (классических) составных частей (подсистем). Но если она начинает взаимодействовать с окружением, то мера запутанности между ее подсистемами постепенно уменьшается, и они «проявляются» в виде локальных объектов. При наличии взаимодействия с окружением суперпозиция разрушается, и проявляется то или иное локальное состояние в зависимости от типа взаимодействий. Этот физический процесс называется декогеренцией. Догеренция – это процесс перехода чистого состояния в смешанное. Другой стороной этого процесса является возрастание меры запутанности системы с окружением. Оно будто «растаскивает» в разные стороны части того, что раньше было единым целым, придает им определенную форму, и они становятся видимыми, различимыми с нашей привычной, классической точки зрения.

Именно процесс догеренции создает много сложностей при разработке квантового компьютера, поскольку нарушает когерентную согласованную работу кубитов. Вследствие декогеренции вместо внутренней запутанности между кубитами, которой компьютер может управлять и которая полностью ему подвластна, возникает запутанность с окружением. Работать с ней квантовый компьютер не в состоянии

Существует и обратный процесс - запутанность можно «концентрировать», увеличивать. Этот процесс называется рекогеренцией.

Декогеренция и рекогеренция — самые фундаментальные физические процессы в окружающей реальности, известные науке к настоящему времени. Процесс декогеренции лежит в основе всех известных классических взаимодействий (гравитационного, электромагнитного и т. д.), которые можно считать лишь его следствием. Различные виды взаимодействий в этом плане рассматриваются как отдельные каналы декогеренции. Взаимодействия могут быть любые — все, которые сопровождаются изменением состояния системы.

В физических экспериментах можно изучать различные типы взаимодействий непосредственно в аспекте декогеренции. Это, например, делалось в экспериментах А. Цайлингера (Nature 427, 711–714 (2004), где исследовался процесс декогеренции по одному из каналов взаимодействия с окружением — за счет теплового излучения. Эти процессы фундаментальные, и характерны они не только для микрочастиц, а для любых объектов, в том числе и для макроскопических тел. Декогеренция тепловым излучением — общий механизм, который относится ко всем макроскопическим телам. По большому счету, все взаимодействия являются «эффектом декогеренции». Более того, согласно теории декогеренции, весь классический мир — это «эффект декогеренции».

Мера квантовой запутанности непосредственно связана с информацией, содержащейся в системе, которая может быть выражена количественно, например, через энтропию фон Неймана для чистых состояний.

Проиллюстрируем на простом примере процесс "приготовления" запутанных состояний, рис. 1.2. Рассмотрим источник, испускающий пары частиц так, что одна из них 1 летит налево, а другая 2 - направо. Потребуем, чтобы сохранялась сумма импульсов частиц. Введем дополнительную параметризацию. Каждая частица может полететь и вверх - состояние , и вниз – состояние). Т.к. сумма импульсов сохраняется, то, если первая частица полетела налево вниз, то вторая полетит направо вверх или наоборот, - если первая частица полетела налево вверх, то вторая вынуждена полететь направо вниз.

Рис. 1.2. Иллюстрация «приготовления» перепутанных состояний

Полное состояние, которое «приготавливает» источник, записывается в виде суперпозиции двух “возможностей”:

(1.1)

Коэффициенты сi (i = 1, 2) - это (комплексные) амплитуды двух исходов. Физический смысл состоит в том, что соответствующие квадраты модулей определяют вероятности обнаружить пару частиц в состояниях(первая – вверх, вторая – вниз), либо(вторая – вверх, первая – вниз). Состояние (1.1) -пример перепутанного состояния двух частиц Другие примеры - ионы в ловушках, ядерные спины в молекуле при электронном парамагнитном резонансе, состояния системы «атом-поле» в резонаторе и др.

Перепутанными считаются состояния составной системы, которые не могут быть представлены в виде произведения волновых функций, описывающих ее части по отдельности.

Перепутанные состояния характеризуются следующими атрибутами:

  • наличие параметра, принимающего ряд фиксированных значений для каждой из подсистем;

  • наличие корреляций между двумя подсистемами по этому параметру, или в более общем случае - синхронности флуктуаций этого параметра;

Другое определение перепутанных состояний для двух подсистем: перепутанными называются две подсистемы, между которыми существуют квантовые корреляции по параметру, принимающему, по крайней мере, два значения для каждой из подсистем. Измерение состояния одной из подсистем однозначно определяет (проецирует) состояние другой. Совместное состояние двух подсистем тогда называется перепутанным. Корреляции должны носить квантовый характер, т.е. их нельзя описать классически. В противном (классическом) случае даже полные (т.е. 100%-ые) корреляции не дают результатов, к которым ведет использование истинных перепутанных состояний.

Запутанные частицы и скорость света

Несмотря на ночной час, улицы заполнены шумной толпой, а под окном грохочет (типа) музыка. Народ Свободной республики Outremeuse отмечает великий праздник 15 августа. 🙂 Несмотря на постоянное бумкание и крики, попробую сосредоточиться и написать кое-какие комментарии по поводу вчерашней статьи в Nature, наделавшей много шороху в Рунете. Я технические подробности опущу, хотя они тоже интересны, а просто поясню, что на самом деле сделано и чего не сделано в этой работе.

Сначала одним абзацем, в самых простых словах.

В квантовой механике есть непривычные явления, про это слышали наверно все. Почти никто из физиков не верит, что эти квантовые явления можно свести к каким-то наивным механистическим взаимодействиям. Но если всё же на минуту предположить, что такое механистическое взаимодействие существует, то у него обязательно будут очень корявые свойства, например, сверхсветовая передача "сигналов". Вообще-то, это очевидно и так, по построению. Новый эксперимент это подтвердил лишний раз. Всё, больше ничего в нем получено не было.

Теперь подробнее. Букв будет много, но они, я надеюсь, будут понятные.

1.
Сначала -- вводная.

В привычном нам мире составной предмет всегда можно разделить на отдельные части: вот одна часть, вот другая, а вот -- взаимодействие между ними. В микромире (который описывается квантовой механикой) это можно сделать не всегда. В нем возможны такие состояния нескольких частиц, которые невозможно разделить на отдельные частицы с определенными свойствами. Как именно это описывается -- не так важно, главное, такое в нашем мире происходит. Такие состояния называются "запутанными состояниями".

Кстати, знаменитый принцип тождественности частиц, на котором по сути "работают" лазеры, бозе-конденсаты, электронные оболочки атомов, нейтронные звезды и т.д. -- тоже опирается на возможность таких состояний.

Так вот, эти запутанные состояния обладают особыми, квантово-механическими корреляциями между частями. Корреляции -- это когда свойства одной части влияют на свойства другой части. Это не значит, что эти части реально, физически взаимодействуют. Нет. Сам факт существования многочастичного состояния, не расщепляемого на отдельные частицы, уже приводит к таким квантовым корреляциям.

При этом сами части (а точнее, то что мы воспринимаем как отдельные части этой системы) могут находиться сколько угодно далеко друг от друга в нашем обычном пространстве, но тем не менее между ними существует корреляция, условно говоря, в реальном времени. Эти корреляции можно измерить, что уже давно было проделано во многих экспериментах.

2.
Доказано, что такие -- казалось бы, мгновенные -- корреляции не приводят ни к каким нарушениям теории относительности. С их помощью нельзя передать быстрее скорости света ни материю, ни информацию. (Поэтому утверждение некоторых СМИ, что в этой работы была достигнута передача информации быстрее скорости света, просто неверна.) Но всё равно, многим людям от такой ситуации некомфортно, и они пытаются найти способы объяснить такие корреляции более интуитивно понятным способом.

Один из них -- предположить, что есть некий тип сил, который чувствуют исключительно запутанные состояния частиц. Что это могут быть за силы, совершенно непонятно, никаких экспериментальных свидетельств в их пользу не существует -- но как говорится, мало ли!

Главная задача этих сил -- дать возможность запутанным частицам обмениваться "информацией". В кавычках -- потому что это некая своя "внутренняя" информация, которая доступна только этим частицам. Нам она недоступна, использовать ее для передачи сигналов мы не можем. Тогда в рамках этой гипотезы нет никаких загадочных корреляций -- есть просто быстрый переброс "информации" от одной частицы к другой.

Из самой постановки задачи вытекает, что этот переброс "информации" обязать быть сверхсветовым. Но сверхсветовой -- может быть как бесконечно быстрый, так и с конечной (правда, большой) скоростью. В любом случае можно попытаться получить в эксперименте ограничение снизу на скорость такого мифического взаимодействия (при условии, конечно, что оно существует, во что практически никто не верит).

3.
Такие эксперименты проводились и раньше. В них были получены некие ограничения снизу на эту скорость. Новый эксперимент отличается только одним новшеством -- его авторы научились избегать предположений о том, в какой системе отсчета это взаимодействие распространяется с этой скоростью. Они в некотором смысле сразу "прощупали" почти все системы отсчета, и ни в одной из них не обнаружили конечность скорости распространения. Это -- единственная новизна эксперимента.

Всё, на этом работа заканчивается, и все дальнейшие рассуждения остаются на совести их авторов 🙂

4.
Читатель может всё-таки поинтересоваться -- если физики не верят в такое "механистически-тупое" происхождение квантовых корреляций, то как же они их объясняют?

Увы, они пока не имеют какого-то интуитивно понятного объяснения. Возможно, потому что мы пока не нашли его, но скорее всего -- потому что его просто нет. Ведь наивно думать, что наши органы чувств (а значит, и выработанные на основе них интуитивные ощущения) дают самое объективное отражение реальности. Вполне могут существовать пласты реальности, которые мы не можем себе вообразить из-за ограниченности нашего воображения. Мы просто мы "не научены" их представлять. И ничего страшного или загадочного в этом нет. Просто надо принять это и научиться работать с вещами, которые не можешь вообразить себе.

В случае с запутанными частицами, надо просто принять, что квантовые частицы "живут" не в привычном нам трехмерным пространстве, а в своем, более сложном конфигурационном пространстве. А мы видим как бы проекцию этого пространства и удивляемся, какое оно необычное.

Update: написал на "Элементах" новость, в которой чуть больше подробностей про сам эксперимент.

10 необычных явлений, мысленных экспериментов и парадоксов квантовой механики

1 июля в России впервые удалось произвести измерение кубита (квантого бита), способного, в отличие от обычных битов, для которых характерно два состояния-либо «один», либо «ноль», — принимать бесконечное множество состояний. В результате была экспериментально подтверждена возможность кубита находиться в суперпозиции двух состояний одновременно, что с точки зрения квантовой механики близко к парадоксу. Предлагаем вам подборку ещё десяти необычных явлений из области квантовой механики.

1. Кот Шрёдингера

В 1935-м году физик Эрвин Шрёдингер провёл мысленный эксперимент, получивший впоследствии название «Кот Шрёдингера» — выдвинутая им теория послужила предметом широкой дискуссии в научных кругах и сейчас применяется в квантовых вычислениях и в квантовой криптографии.

Эрвин Шрёдингер

Шрёдингер задался целью доказать, что, при наблюдении за макроскопическими системами, возникающей в таких случаях неопределённости можно избежать, осуществляя прямое наблюдение за объектом. Краткое изложение его умозаключений такова: некоего кота нужно поместить в герметичную коробку с находящейся внутри адской машиной, которая при определённых условиях испускает синильный газ, ядовитый для живых организмов. В той же коробке находится очень малое количество радиоактивного вещества, и один атом может либо распасться в течение следующего часа, либо с той же долей вероятности не распасться.

Если в это время не производить никаких прямых наблюдений, то есть не открывать коробку с котом, то можно предположить, что кот всё это время может как оставаться живым, так и погибнуть. Соответственно, пока эксперимент не подтверждён, кот остаётся одновременно и живым, и мёртвым — до тех пор, пока мы не откроем коробку и не увидим результат.

Суть в том, что в природе такого не бывает, и это касается как живых организмов, так и атомов — ядро может быть или распавшимся, или не распавшимся, а промежуточное состояние невозможно. Однако до осуществления прямого наблюдения атом и кот находятся в состоянии, называемом суперпозицией, — иначе говоря, в двух состояниях одновременно.

2. Парадокс Клейна

Представьте задачу: релятивистскую частицу необходимо переместить через потенциальный барьер, при этом потенциальная энергия частицы меньше высоты барьера — другими словами, энергии для преодоления барьера стандартным путём частице не хватит. С точки зрения классической механики такое явление невозможно, однако, согласно квантовой механике частица всё же может преодолеть барьер.

Точнее, не совсем так: дело в том, что при задействовании определённой энергии при сильном поле произойдёт рождение второй, парной частицы, или античастицы, которая возникнет как раз по другую сторону барьера.

3. Квантовый парадокс Зенона

Алан Тьюринг

Если постоянно осуществлять наблюдение за нестабильной квантовой частицей, то она никогда не сможет распасться, иными словами, наблюдая за частицей, мы так или иначе вносим изменения в её состояние, например, сообщаем ей энергию или дополнительный импульс: чем стабильнее состояние частицы, тем с большей вероятностью она распадётся.

Впервые эффект описал Алан Тьюринг ещё в 1957-м году, однако на практике это явление удалось пронаблюдать только в 1989-м — эксперимент провёл Дэвид Вайнленд: как только на атомы воздействовали с помощью ультрафиолетового излучения, их переход в двухуровневое (возбуждённое) состояние подавлялся.

4. Корпускулярно-волновой дуализм

Принцип этой концепции состоит в том, что объект может проявлять одновременно как волновые свойства, так и корпускулярные: например, свет представляет собой волны определённой длины, во многих случаях проявляющие электромагнитные свойства, но точно так же свет можно представить и в виде элементарных частиц — фотонов, то есть свет проявляет и корпускулярные свойства.

С точки зрения обычной физики это не логично, однако в квантовой физике такая ситуация допустима и, более того, в случае со светом корпускулярные и волновые свойства взаимно дополняют друг друга.

Сейчас корпускулярно-волновой дуализм по большей части является предметом теоретического интереса, поскольку квантовые объекты нельзя назвать ни частицами, ни волнами в классическом понимании.

5. Квантовая запутанность

Принцип квантовой запутанности состоит в том, что при взаимодействии только на одну частицу из определённой группы частиц изменяется состояние не только того объекта, на который воздействуют напрямую, но и всех остальных объектов этой группы. Следовательно, объекты взаимосвязаны, и их связь остаётся постоянной даже тогда, когда они находятся на значительном расстоянии друг от друга или в совершенно разных условиях.

Для примера возьмём пару фотонов, находящихся в запутанном состоянии: если изменить спиральность спина первого фотона с положительного на отрицательную, то спиральность второго фотона всегда будет отрицательной. Если же снова изменить спиральность первого фотона на отрицательную, то второй фотон приобретёт положительную спиральность.

6. Квантовая телепортация

Телепортация в квантовой механике значительно отличается от телепортации, описанной в фантастических произведениях — при квантовой телепортации невозможно передать на определённое расстояние энергию или вещество. В этом случае передаётся состояние квантовой частицы при наличии другой, запутанной частицы: в точке передачи это состояние разрушается, а в точке приёма — воссоздаётся.

Обратите внимание, что разрушаются не частицы, а только их состояние в момент отправки/приёма — это не передача в прямом смысле, а скорее копирование. Передача осуществляется не по квантовому каналу, а по обычному, и не может быть быстрее скорости света.

7. Сверхтекучесть

Если температуру вещества в состоянии квантовой жидкости охладить до состояния, близкого к абсолютному нулю, то вещество приобретёт способность протекать через узкие каналы вроде, например, капилляров, без трения.

Научное обоснование явления таково: атомы вещества в состоянии квантовой жидкости (например, такую форму часто принимает гелий-3) — бозоны, и с точки зрения квантовой механики любое число её частиц может находиться в одинаковом состоянии. Чем ближе температура к абсолютному нулю, тем большее число атомов находится в одном энергетическом состоянии, и при сверхнизкой температуре энергия столкновений может быть очень мала, так что рассеяния энергии в зазорах между атомами не произойдёт — поскольку энергия не рассеивается, то и трения не будет.

До недавнего времени считалось, что подобное состояние характерно только для жидкого гелия, однако не так давно оказалось, что оно присуще и твёрдому гелию, а также другим веществам, основу которых составляют бозоны, температура которых близка к абсолютному нулю.

8. Сверхпроводимость

Сверхпроводимость — квантовый эффект, при котором электрическое сопротивление частиц равно нулю при достижении критической температуры (близкой к абсолютному нулю), иными словами, электрический ток проходит через подобные материалы, практически не встречая сопротивления.

Явление получило широкое практическое применение: в частности, существуют так называемые сверхпроводники — как правило, керамики, также к ним можно отнести жидкий азот, температура которого — 77°К.

9. Теорема о запрете клонирования

Согласно квантовой теории, создание точной копии любого неизвестного квантового состояния невозможно. Клонирование в классическом понимании представляет собой точную копию, но в квантовой механике под клонированием подразумевается создание состояния, состоящего из нескольких исходных состояний двух и более групп частиц.

Как известно, группы частиц могут быть сцеплены между собой, и энергия между ними может быть взаимосвязана. Тем не менее, передать энергетическое состояние с абсолютной точностью от одной группе к другой невозможно, поскольку это противоречит принципам квантовой запутанности, однако создание не полностью идентичной копии всё же возможно.

10. Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена

Этот парадокс говорит о том, что законы квантовой механики в настоящее время являются неполными и со временем должны быть дополнены.

Представим, что две частицы одновременно образовались после распада исходной частицы: согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс получившихся частиц должен быть равен импульсу исходной частицы. Следовательно, мы можем измерить импульс одной из образовавшихся частиц и по простой формуле рассчитать импульс второй частицы, образовавшейся одновременно с ней. Далее у нас появляется возможность измерить импульс второй частицы, который мы уже рассчитали, и таким образом получить для неё значения двух величин, измерить которые одновременно невозможно, согласно законам квантовой механики.

Как использовать запутанность для квантовой связи на большом расстоянии или в свободном пространстве

Предоставлено: Харальд Ритч для IQOQI-Vienna.

Запутанность, которую Эйнштейн однажды назвал «жутким действием на расстоянии», - это явление, при котором квантовые состояния разделенных частиц не могут быть описаны независимо. Это загадочное явление широко используется в наборе инструментов квантовой физики и является ключевым ресурсом для приложений безопасной квантовой связи на больших расстояниях и протоколов квантовой криптографии.К сожалению, запутанные частицы легко нарушаются окружающей средой, а их запутанность легко уменьшается при малейшем взаимодействии с окружающей средой.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review X , международная группа физиков из Австрии, Шотландии, Канады, Финляндии и Германии продемонстрировала, как можно усилить квантовую запутанность, чтобы преодолеть потерю частиц или очень высокий уровень шума, который неизбежны в реальных приложениях вне лаборатории.Это усиление достигается за счет отказа от обычно используемых двухуровневых квантовых битов или кубитов. Кубиты - это двумерные системы, квантовый аналог классического бита, со значениями ноль или единица. Вместо этого в этом исследовании исследователи использовали переплетение систем с более чем двумя уровнями. Запутывая частицы света через их пространственные и временные свойства, ученые впервые наблюдали выживание квантовой запутанности в суровых условиях окружающей среды.

Когда речь идет о распространении световых частиц за пределы защищенной лаборатории, условия окружающей среды идентичны испытанным. Таким образом, эксперимент является не только экспериментальной реализацией, но и готов к квантовой связи на большом расстоянии в реальных условиях. Следовательно, этот новый метод может оказаться полезным для распределения запутанности в квантовом Интернете будущего.


Исследователи разработали практический метод измерения квантовой запутанности.
Дополнительная информация: Себастьян Эккер и др.Преодоление шума при распределении запутывания, Physical Review X (2019). DOI: 10.1103 / PhysRevX.9.041042

Предоставлено Австрийская Академия Наук

Ссылка : Как использовать запутанность для квантовой связи на большом расстоянии или в свободном пространстве (2019, 16 декабря) получено 22 января 2021 г. с https: // физ.org / news / 2019-12-entanglement-long-distance-free-space-Quantum.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

определение запутанности в The Free Dictionary

Он резко, почти каталептически, сел, отвел голову от сцепления ее рук и от спутанных волос и, подняв нос под углом сорока пяти градусов, начал дрожать и громко дышать. в ритме к ритму ее пения.Потом запутался ее муж, и я проклял его за это. Цирюльник ударил Санчо дубинкой, а Санчо ударил парикмахера; Дон Луис дал одному из своих слуг, который рискнул схватить его за руку, чтобы удержать от побега, наручник, омывавший его зубы кровью; судья принял участие; Дон Фернандо вытащил одного из офицеров и от души оскорбил его; хозяин снова повысил голос, призывая на помощь Святое Братство; так что вся гостиница представляла собой не что иное, как крики, крики, вопли, смятение, ужас, смятение, несчастья, удары мечом, кулачные бои, дубинки, пинки и кровопролитие; и посреди всего этого хаоса, сложностей и общих затруднений Дон Кихот подумал, что он погрузился в самую гущу раздора лагеря Аграманте; и голосом, сотрясавшим гостиницу, как гром, он воскликнул: Николсон с удовлетворением заметил, что его сын запутался, с оттенком юмора; и его улыбка, если она все еще была презрительной, подразумевала согласие.Тем не менее, если мы просмотрим все героические судьбы человечества, мы обнаружим ту же путаницу чего-то подлого и тривиального с тем, что является благороднейшим в радости или печали. Он был освобожден без всякого упрека самому себе, из пут, который долгое время формировал его. страдание от женщины, которую он давно перестал любить; - и сразу же возвысился до этой безопасности с другой, о которой он, должно быть, думал почти с отчаянием, как только он научился рассматривать это с желанием. Мой отец, действительно, навязывал решимость, но после его смерти у меня не было законного препятствия, с которым я мог бы бороться; некоторые дела улажены, преемник для Мортона обеспечен, переплетение или два из чувств, прорвавшихся или разорванных на части - последний конфликт с человеческой слабостью, в котором я знаю, что преодолею, потому что я поклялся, что я преодолею - и Я уезжаю из Европы на Восток.«Я не знаю, как произошло это запутывание, но так оно и было. Внутреннее облако пыли поднялось вокруг поверженных фигур посреди общей комнаты комнаты, в которой было заметно подергивающееся переплетение рук и ног. Но никакой красоты или утонченность могла бы сделать переплетение между ней и Гуд желанным явлением, ибо, как она сама выразилась: «Может ли солнце сочетаться с тьмой, или белое с черным?» Он всегда беспокоился о том, чтобы не было ребенка, чтобы усложнить запутывание, и когда Милдред, не в силах больше скрывать его приближение, сообщила ему об этом факте, его охватила паника.И тогда гвардейцы, тяжело дыша от своей атаки, подошли, как и принц Дусара, истекая кровью изо рта и с обнаженным мечом, выполз из пут пималий.

Реализация запутанных состояний на квантовом компьютере

I Введение и мотивация

Так как Фейнман 1 предложил идею квантовых вычислений и заявил, что квантовые компьютеры может моделировать квантово-механические системы экспоненциально быстрее, выдающийся прогресс был достигнут в моделировании квантовых систем.В последнее десятилетие квантовое моделирование закрытых и открытых систем вызвало огромный резонанс среди исследовательских сообществ. Он обещает мощные приложения в области физики высоких энергий, квантовой химии и конденсированного состояния, которые невозможно реализовать на классических компьютерах. Область квантовых вычислений связана с поведением и природой энергии на квантовом уровне для повышения эффективности вычислений. Основная цель запуска квантовых алгоритмов на квантовых компьютерах для решения различных вычислительных задач более эффективно и за меньшее время по сравнению с существующими классическими.Квантовый принцип суперпозиции и сцепленности - это основа квантовых алгоритмов, которая позволяет нам выполнять операции в больших гильбертовых пространствах экспоненциально.

Состояния тензорной сети - это новый язык для квантовых систем многих тел, основанный на чисто квантовомеханических явлениях запутанности » 2

. Состояния тензорной сети классифицируются на основе измерений, по которым пересекаются тензоры. Таким образом, он управляет экспоненциально растущим гильбертовым пространством, ограничивая запутанность между двумя частями квантовой системы

4 .Хотя размерность гильбертова пространства увеличивается экспоненциально с увеличением размера системы, существуют некоторые квантовые системы многих тел, реализации которых могут быть реализованы с помощью классических компьютеров. Ренормализационная группа матрицы плотности (DMRG) применялась в теории поля на решетке для изучения физики элементарных частиц с помощью моделирования методом Монте-Карло 33; 34 . Состояние матричного продукта (MPS) (одномерная система) представляет собой численно управляемую квантовую систему. В MPS эффективно представлены состояния с низкой степенью запутанности, чего нельзя сказать о состояниях тензорной сети больших размеров.Он имеет некоторые основные свойства, такие как плотная природа, конечная корреляция, трансляционная инвариантность и закон одномерной площади 3 .

В последнее десятилетие моделирование зависящих от времени квантовых состояний широко использовалось в различных физических системах с MPS 43; 44; 45; 46 . Существует несколько программ, состоящих из высокопроизводительных библиотек и параметров, основанных на теории тензорных сетей, таких как библиотека C ++ (ZKCM_QC) 37 для многоточной точности, QCMaquis 38 для целей оптимизации, EvoMPS 36 для моделирования, зависящего от времени (реального или мнимые) одномерные многомерные частицы, DMRG ++ 39 - реализация алгоритма DMRG с открытым исходным кодом, iTensor 40 - библиотека C ++ для выполнения тензорных сетевых алгоритмов, Uni10 41 - бесплатная библиотека C ++ с открытым исходным кодом для построения тензорные сетевые алгоритмы, среда Python с открытым исходным кодом QuTiP 20 , MPS с открытым исходным кодом OSMPS 42 , символьное квантовое моделирование C ++ 47 и многие другие.

В последние несколько лет расширились исследования по моделированию экспериментов на платформе Q Experience от IBM (International Business Machines Corporation). IBM предоставила доступ к реальным квантовым компьютерам и симуляторам, что позволяет исследователям разрабатывать, тестировать и проводят свои эксперименты 5 . Через IBM мы можем изучить результаты моделирования на классическом компьютере и проанализировать доступное квантовое оборудование, чтобы получить представление о квантовой системе. Он становится все более распространенным и эффективно используется для быстрого моделирования нескольких вычислительных задач 6 .В настоящее время платформа широко используется для реализации нескольких экспериментов, таких как моделирование квантового туннелирования 7 , сложные задачи моделирования модели Изинга 9 , квантовые алгоритмы 10 , квантовая коррекция ошибок 11

, квантовое машинное обучение

14 , сравнительный анализ квантовых вентилей 28 и многих других.

В последнее время состояние произведения матриц (MPS) представляет собой ступеньку к различным достижениям в области конденсированной материи и теории квантовых вычислений: обучение без учителя с использованием MPS

31 , квантовая динамика 17; 19 , моделирование MPS с открытым исходным кодом 20 , моделирование квантовых вычислений 22 , моделирование открытых квантовых систем 18 , квантовые конечные автоматы MPS 16

, контролируемое обучение

23

и представление нейронной сети

24 и эффективные, производительные приложения на основе MPS для высокопроизводительных компьютеров 29 и могут использоваться в различных новых технологиях, таких как оптические вычисления, квантовая криптография, распознавание изображений и динамическая квантовая кластеризация 30 .MPS обеспечивает эффективную аппроксимацию реалистичных локальных гамильтонианов и может генерироваться тензорами последовательно. Мы сосредоточились на максимально запутанном MPS (состояния GHZ и W). Zizzi 32 показал, что можно сохранить вероятности, выполнив обратимое квантовое измерение на закрытых системах. В предыдущей статье мы эффективно смоделировали MPS с помощью более широкой теории квантовых вычислений и исследовали их связь с квантовым конечным автоматом (QFSM), используя унитарные критерии 16 .В этой статье мы реализовали моделирование на реальном квантовом компьютере и симуляторе IBM. Далее исследуются распределения вероятностей между кубитами. Работа организована следующим образом: Раздел 2 посвящен семейству состояний матричного произведения. В разделе 3 представлены результаты моделирования. Наконец, раздел 4 является заключением.

Состояние продукта Ii Matrix

Состояние продукта матрицы завершено. По сути, это допускает степень запутанности в размерах облигаций.Фактически, любое чистое квантовое состояние можно описать, подставив коэффициенты, например тензор N-ранга по тензорам N-ранга 3 и тензора 2-ранга по тензорам 2. В MPS чистое квантовое состояние | ϕ⟩ представляется как:

| ϕ⟩ = d∑σ1, σ2, ... σLTr [Mσ11Mσ22 ... MσLL] | σ1, σ2, ... σL⟩ (1)

, где Mσii - комплексные квадратные матрицы, d - размерность, σi - индексы, т.е. {0, 1} для кубитов, а Tr () обозначает след матриц 17 .На рис. 1 показана MPS как одномерный массив тензоров и пример конечной системы из 5 узлов 3 . Состояние GHZ и состояние W можно представить с помощью MPS:

. Рисунок 1: Представление MPS с 5 сайтами
  • Состояние

    ГГц: состояние Гринбергера-Хорна-Цайлингера (ГГц) 26 N-спинов 1/2 представлено как

    | GHZ⟩ = 1√2 (| 0⟩⊗N + | 1⟩⊗N) (2)

    Определяется как состояние максимальной запутанности, состоящее из некоторых нетривиальных элементов запутанности. 27 .Pan et al. 48 представлены схемы подготовки состояния ГГЦ удаленно. Состояние 4-кубита GHZ представлено как 1√2 (| 0000⟩ + | 1111⟩)

    . Состояние его матричного произведения и унитарная матрица (

    UGHZ) представлены как:
    M0 = [1000], M1 = [0001], UGHZ = 1√2 [1−111] (3)
  • Состояние

    W: Состояние n-кубита W представлено как:

    | W⟩ = 1√n (| 100 ... 0⟩ + | 010 ...0⟩ + ... + | 000 ... 1⟩) (4)

    Состояние W относится к суперпозиции чистых запутанных состояний с одинаковыми коэффициентами 27 . Это отличается от указанного выше состояния GHZ. Он представляет собой многостороннюю запутанность, в которой один из кубитов находится в рабочем состоянии | 1⟩, а другие - в неработающем состоянии | 0⟩. Состояние 4-кубита W представлено как 1√4 (| 1000⟩ + | 0100⟩ + | 0010⟩ + | 0001⟩) 17 . Матричное представление дается как:

    А (1) 0 = ⎡⎢ ⎢ ⎢⎣0000010000100001⎤⎥ ⎥ ⎥⎦, A (2) 0 = ⎡⎢ ⎢ ⎢⎣1000000000100001⎤⎥ ⎥ ⎥⎦, A (3) 0 = ⎡⎢ ⎢ ⎢⎣1000010000000001⎤⎥ ⎥ ⎥⎦, A (4) 0 = ⎡⎢ ⎢ ⎢⎣1000010000100000⎤⎥ ⎥ ⎥⎦ (5)
    А (1) 1 = ⎡⎢ ⎢ ⎢⎣1000000000000000⎤⎥ ⎥ ⎥⎦

Квантовая запутанность - Wikiquote

Квантовая запутанность - это физическое явление, которое возникает, когда пары или группы частиц генерируются или взаимодействуют таким образом, что квантовое состояние каждой частицы не может быть описано независимо - вместо этого квантовое состояние может быть задано для системы в целом .

  • Когда квантовая система содержит более одной частицы, принцип суперпозиции порождает явление запутанности. Теперь это не просто интерферирующая частица сама с собой - это система, интерферирующая сама с собой: запутанная система. Достаточно удивительно, но сам Эрвин Шредингер понял, что частицы или фотоны, образованные в процессе, который связывает их вместе, будут запутаны, и он фактически ввел термин запутанность как на своем родном немецком, так и на английском языке.Шредингер открыл возможность запутанности в 1926 году, когда он выполнил свою новаторскую работу по новой квантовой механике, но он впервые использовал термин запутанность в 1935 году, обсуждая статью Эйнштейна, Подольского и Розена (EPR).
    • Amir D. Aczel, Запутывание: величайшая тайна физики (2002), гл. 7: Шредингер и его уравнение
  • Два фотона запутаны, и в соответствии с местным реализмом их плоскости поляризации должны стать независимыми... Типичная ситуация с EPR. Уже в 1948 году наблюдения ... согласились с квантовой механикой, а не с местным реализмом.
  • Мне бы хотелось думать, что Луна все еще существует, даже если я не смотрю на нее.
    • Роджер Эберт, в Сама жизнь: Мемуары (2011), гл. 54: Как я верю в Бога
  • Он [Альберт Эйнштейн] не думал, что жуткое действие на расстоянии будет подтверждено, но это было. Он думал, что это было чем-то нефизичным.Он представил это как пример того, почему квантовая механика, вероятно, ошибочна, но на самом деле она верна.
    • Лоуренс М. Краусс, цитата из книги Джона Энгеля Бромвича, «Когда Эйнштейн ошибался», The New York Times (12 февраля 2016 г.)
  • Когда две системы, состояния которых мы знаем по их соответствующие представления, вступают во временное физическое взаимодействие из-за известных сил между ними, и когда после времени взаимного влияния системы снова разделяются, тогда они больше не могут быть описаны, как прежде, а именно., наделив каждого из них своим представителем. Я бы не назвал это характерной чертой квантовой механики.
    • Эрвин Шредингер, «Обсуждение вероятностных отношений между отдельными системами», Труды Кембриджского философского общества , 31: 555–563; 32 (1936)
  • Явление запутанности - существенный факт квантовой механики, тот факт, что отличает ее от классической физики. Это ставит под сомнение все наше понимание того, что реально в физическом мире. Наша обычная интуиция относительно физических систем состоит в том, что если мы знаем о системе все, то есть все, что в принципе может быть известно, то мы знаем все о ее частях. Если у нас есть полное представление о состоянии автомобиля, то мы знаем все о его колесах, двигателе, трансмиссии, вплоть до винтов, удерживающих обивку на месте. Для механика не имеет смысла говорить: «Я знаю о вашей машине все, но, к сожалению, я ничего не могу сказать вам ни о какой из ее частей.
    Но именно это Эйнштейн объяснил Бору - в квантовой механике можно знать все о системе и ничего о ее отдельных частях, - но Бор не осознавал этого факта. Я мог бы добавить, что поколения квантовых учебников беспечно игнорировали это.
    • Леонард Сасскинд, в предисловии к книге «Квантовая механика: теоретический минимум » (2014) Леонарда Сасскинда и Арта Фридмана
  • В квантовой механике есть тревожная странность.