Квантовая спутанность.
WhatsApp/Telegram +7 (916) 243-87-61

21.09.2014

Квантовая спутанность.

Доброе утро, трейдеры!

 

Поздравляю всех

с Праздником Рождества Пресвятой Богородицы!

 

с Днём воинской славы России — День победы русских полков

в Куликовской битве (1380 год)!

 

с Днём работников леса!

 

с Международным днём мира!

 

 

Квантовая спутанность.

Начавшись с публикаций Вернера Гейзенберга и Эрвина Шрёдингера в 1925–1926 годах, всего через десять лет квантовая механика превратилась в общепризнанную основу понимания явлений микро- и макромира в очень широком спектре областей — от ядерной физики до теории кристаллов. Теория столь уверенно двигалась от успеха к успеху, что практически все физики стали принимать ее как истину в последней инстанции.

Но имелись и несогласные. Альберту Эйнштейну не нравились в квантовой механике принципиально вероятностный характер, соотношение неопределенностей и вытекающая из него невозможность одновременного определения координат и скоростей частиц, отсутствие ясности в решении проблемы квантовомеханических измерений. Больше всего Эйнштейна раздражала несовместимость его собственных представлений о физической реальности с «копенгагенской» интерпретацией квантовой механики, предложенной Нильсом Бором. Согласно Бору, состояние любой квантовой системы нельзя рассматривать безотносительно к аппаратуре, с помощью которой получена информация о ее поведении. Теория способна предсказать вероятности тех или иных исходов измерений квантовомеханических объектов, но ровно ничего не может сказать о том, каковы же значения измеряемых величин «на самом деле». Состояние «неизмеренной» системы не просто неизвестно — оно вообще не определено, а посему и рассуждать о нем не имеет смысла.

Эйнштейна не устраивала подобная логика, он пытался ее опровергнуть и изобретал воображаемые опыты, которые Бор успешно интерпретировал в свою пользу. Однако Эйнштейн не отступал. В 1935 году он опубликовал описание очередного мысленного эксперимента, который, по его расчетам, неопровержимо доказывал ущербность квантовой теории. Эта модель послужила предметом долгих дискуссий Эйнштейна со своим ассистентом Натаном Розеном и коллегой Борисом Подольским. Статья, фактически написанная Подольским, появилась в журнале Physical Review за подписями всех троих. Эта работа, которую цитируют как ЭПР, и проложила путь к концепции квантового спутывания. Сегодня ее относят к числу самых глубоких исследований теоретической физики XX века.

 

Авторы (ЭПР) исходили из двух самоочевидных предпосылок. Во-первых, любой атрибут физической системы, который можно предсказать с вероятностью 100% , не возмущая эту систему в процессе измерений, является, по определению, элементом физической реальности. Во-вторых, полное описание системы должно включать в себя сведения обо всех таких элементах (ассоциированных именно с этой конкретной системой). Предположим, что мы изготовили пару одинаковых частиц А и В, которые начинают движение в строго противоположных направлениях с равными импульсами и, следовательно, скоростями. Принцип неопределенности не позволяет одновременно точно измерить положение и импульс каждой частицы, но это и не требуется. Позволим квантовым «близняшкам» удалиться друг от друга, а затем определим координаты частицы А, что в идеале можно сделать с нулевой погрешностью. Мы немедленно получаем достоверную информацию, где находилась в тот же момент и частица В. Наша аппаратура взаимодействовала исключительно с А, а состояние ее сестрицы оставалось невозмущенным. Следовательно, положение частицы В следует счесть элементом физической реальности.

Вместо того, чтобы выяснять координаты частицы А, мы можем измерить ее импульс, причем опять-таки идеально точно. Поскольку суммарный импульс пары равен нулю, мы автоматически узнаем и величину импульса частицы В, ни в коей мере ее не трогая. Следовательно, и эта величина — элемент физической реальности. Однако уравнения квантовой механики позволяют вычислить положение и импульс частицы лишь приближенно. А если это так, делают вывод ЭПР, то квантовомеханическое описание реальности не является полным. Что и требовалось доказать.

 

Реакция столпов физического сообщества на работу ЭПР была жесткой. Вольфганг Паули написал Гейзенбергу, что Эйнштейн поставил себя в дурацкое положение. Бор стал придумывать опровержение. Через три месяца на страницах того же журнала он провозгласил, что мысленный эксперимент ЭПР не отменяет соотношения неопределенностей и не создает никаких препятствий для применения квантовой механики. Бор подчеркнул, что Эйнштейн вправе полагать квантовую теорию неполной, но ее практическая эффективность от этого не уменьшается. С Бором согласились почти все теоретики, кроме Эрвина Шрёдингера. Он пришел к выводу: «Если две системы, состояния которых нам известны, временно вступают в физическое взаимодействие, а затем разделяются вновь, то их уже нельзя описывать прежним образом, то есть утверждать, что каждая система пребывает в своем собственном состоянии.

Я считаю это обстоятельство самой характерной чертой квантовой механики, разделяющей ее и классическую науку. Благодаря временному взаимодействию ранее независимые системы становятся спутанными». Так выглядело первое появление на публике этого самого «спутывания». Шрёдингер осознал, что логический анализ парадокса ЭПР ведет к важнейшему выводу: квантовая механика допускает такие состояния физических систем, при которых корреляции между их элементами оказываются сильнее любых корреляций, допускаемых классической физикой! Эти состояния он и назвал спутанными.

 

Хаос1

 

Практическое применение.

Исследование феномена квантового спутывания имеет множество практических применений. Система спутанных частиц, как бы сильно она ни была размазана по пространству, это всегда единое целое. Поэтому такие системы — золотое дно для информационных технологий. Хотя они не позволяют передавать сигналы со сверхсветовой скоростью (этот запрет СТО остается нерушимым), с их помощью можно копировать состояние квантовых объектов на любом расстоянии (это называется квантовой телепортацией) и осуществлять передачу сообщений, полностью защищенных от перехвата (квантовая криптография). Феномен спутанности открывает путь и к созданию квантовых компьютеров. «Каждая элементарная ячейка классического компьютера существует сама по себе в одном из двух логических состояний, которые кодируют нуль и единицу.

А в квантовом компьютере состояние ячейки является суперпозицией, смесью двух базисных состояний, нуля и единицы. Такой ячейкой — кубитом — может быть любая квантовая система с двумя возможными состояниями, скажем, электрон с его двумя спиновыми ориентациями, — рассказал «Популярной механике» профессор физики Мичиганского университета Марк Дыкман. — Кубиты можно по-разному связать друг с другом, создав тем самым множество спутанных состояний. Для связанной системы двух кубитов имеются уже четыре возможных состояния, трех — восемь, четырех — шестнадцать и так далее. Так что с ростом числа кубитов число состояний компьютера увеличивается по экспоненте. Поэтому квантовый компьютер в принципе позволит решать задачи, которые никогда не будут доступны его классическим предшественникам. Спутанные состояния чрезвычайно деликатны, физики-экспериментаторы столкнулись с этим давно. Для работы квантового компьютера нужно сначала создать спутанное состояние многих кубитов и затем изменять его в ходе процесса вычисления. Поэтому для практического изготовления квантового компьютера необходимо, чтобы спутанные, когерентные кубиты жили достаточно долго и чтобы их можно было надежно контролировать. В этом и заключается одна из главных физических и технических проблем создания квантовых компьютеров. Это очень сложно… и чрезвычайно интересно».

 

По статье Алексея Левина «Страсть на расстоянии».

«Популярная механика» №4, 2006.

 

Likes(0)Dislikes(0)

Коментарии:

  1. Круто.
    Люблю эти штуки, которые после прочтения уже не объяснишь кому-то другому.

    Likes(0)Dislikes(0)
    1. Иван, хотите порешать дифференциальные уравнения ?
      ЧТОБЫ РАССТАВИТЬ ВСЕ ТОЧКИ НАД ИКСАМИ ? http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/angel.gif

      А русский язык:
      "Во дни сомнений, во дни тягостных раздумий о судьбах моей родины, – ты один мне поддержка и опора, о великий, могучий, правдивый и свободный русский язык!.. Не будь тебя – как не впасть в отчаяние при виде всего, что совершается дома. Но нельзя верить, чтобы такой язык не был дан великому народу!"
      Цитата из стихотворения в прозе И.С. Тургенева "Русский язык" (1882)
      http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_smile.gif

      Likes(0)Dislikes(0)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_bye.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_good.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_negative.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_scratch.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_wacko.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_yahoo.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_cool.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_heart.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_rose.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_smile.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_whistle3.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_yes.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_cry.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_mail.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_sad.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_unsure.gif 
http://seventraders.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_wink.gif