legatura cuantica

legatura cuantica (entanglement) (ing. Entanglement) - un fenomen mecanic cuantic în care starea cuantică a două sau mai multe obiecte trebuie descrisă unul în raport cu celălalt, chiar dacă obiectele individuale sunt separate în spațiu. Ca rezultat, apar corelații între proprietățile fizice observate ale obiectelor. De exemplu, este posibil să se pregătească două particule care se află în aceeași stare cuantică, astfel încât atunci când o particulă este observată într-o stare cu un spin îndreptat în sus, spinul celeilalte se dovedește a fi îndreptat în jos și invers și asta în ciuda faptului că, conform mecanicii cuantice, se prezice că direcțiile obținute efectiv de fiecare dată este imposibil. Cu alte cuvinte, se pare că măsurătorile efectuate pe un sistem au un efect instantaneu asupra celui încurcat cu acesta. Totuși, ceea ce se înțelege prin informație în sensul clasic încă nu poate fi transmis prin încurcare mai repede decât cu viteza luminii.
Anterior, termenul original „încurcăre” a fost tradus în sens opus - ca încâlcire, dar sensul cuvântului este de a menține o conexiune chiar și după o biografie complexă a unei particule cuantice. Deci, în prezența unei conexiuni între două particule într-o bobină a unui sistem fizic, prin „tragerea” unei particule, a fost posibil să se determine cealaltă.

Închegarea cuantică este baza tehnologiilor viitoare, cum ar fi computerul cuantic și criptografia cuantică, și a fost, de asemenea, folosită în experimentele de teleportare cuantică. În termeni teoretici și filosofici, acest fenomen este una dintre cele mai revoluționare proprietăți ale teoriei cuantice, întrucât se poate observa că corelațiile prezise de mecanica cuantică sunt complet incompatibile cu noțiunile de localitate aparent evidentă a lumii reale, în care informațiile despre starea sistemului se poate transmite numai prin mediul său imediat. Diferite vederi asupra a ceea ce se întâmplă de fapt în timpul procesului de încurcare a mecanicii cuantice duc la interpretări diferite ale mecanicii cuantice.

fundal

În 1935, Einstein, Podolsky și Rosen au formulat faimosul paradox Einstein-Podolsky-Rosen, care a arătat că mecanica cuantică devine o teorie nelocală datorită conectivității. Știm cum Einstein a ridiculizat conectivitatea, numind-o „acțiune de coșmar la distanță. Desigur, conectivitatea non-locală a respins postulatul TO cu privire la limitarea vitezei luminii (transmisia semnalului).

Pe de altă parte, mecanica cuantică a fost excelentă la prezicerea rezultatelor experimentale și, de fapt, s-au observat chiar și corelații puternice din cauza fenomenului de încurcare. Există o modalitate care pare să aibă succes în explicarea întanglementării cuantice, o abordare a „teoriei variabilelor ascunse” în care anumiți, dar necunoscuți parametri microscopici sunt responsabili pentru corelații. Totuși, în 1964, J.S. Bell a arătat că o teorie locală „bună” oricum nu poate fi construită în acest fel, adică încâlcirea prezisă de mecanica cuantică poate fi distinsă experimental de rezultatele prezise de o clasă largă de teorii cu parametri locali ascunși. . Rezultatele experimentelor ulterioare au oferit o confirmare uimitoare a mecanicii cuantice. Unele verificări arată că există o serie de blocaje în aceste experimente, dar este general acceptat că acestea nu sunt semnificative.

Conectivitatea are o relație interesantă cu principiul relativității, care afirmă că informația nu poate călători din loc în loc mai repede decât viteza luminii. Deși două sisteme pot fi separate la o distanță mare și totuși pot fi încurcate, este imposibil să se transmită informații utile prin conexiunea lor, astfel încât cauzalitatea nu este încălcată din cauza încurcăturii. Acest lucru se întâmplă din două motive:
1. rezultatele măsurătorilor în mecanica cuantică sunt fundamental probabiliste;
2. Teorema clonării stărilor cuantice interzice verificarea statistică a stărilor încurcate.

Cauzele influenței particulelor

În lumea noastră, există stări speciale ale mai multor particule cuantice - stări încurcate în care se observă corelații cuantice (în general, corelația este o relație între evenimente peste nivelul coincidențelor aleatoare). Aceste corelații pot fi detectate experimental, ceea ce a fost făcut pentru prima dată în urmă cu peste douăzeci de ani și este acum utilizat în mod obișnuit într-o varietate de experimente. În lumea clasică (adică non-cuantică), există două tipuri de corelații - atunci când un eveniment este cauza altuia, sau când ambele au o cauză comună. În teoria cuantică, apare un al treilea tip de corelație, asociat cu proprietățile nelocale ale stărilor încurcate ale mai multor particule. Acest al treilea tip de corelație este greu de imaginat folosind analogii familiare în gospodărie. Sau poate că aceste corelații cuantice sunt rezultatul unor noi interacțiuni, necunoscute până acum, datorită cărora particulele încurcate (și numai ele!) se influențează reciproc?

Merită imediat să subliniem „anormalitatea” unei astfel de interacțiuni ipotetice. Se observă corelații cuantice chiar dacă detectarea a două particule separate de o distanță mare are loc simultan (în limitele erorilor experimentale). Aceasta înseamnă că, dacă o astfel de interacțiune are loc, atunci ea trebuie să se propagă în cadrul de referință al laboratorului extrem de rapid, la viteză superluminală. Și din aceasta rezultă inevitabil că în alte cadre de referință această interacțiune va fi în general instantanee și chiar va acționa din viitor în trecut (deși fără a încălca principiul cauzalității).

Esența experimentului

Geometria experimentului. La Geneva s-au generat perechi de fotoni încâlciți, apoi fotonii au fost trimiși de-a lungul cablurilor de fibră optică de aceeași lungime (marcate cu roșu) la doi receptori (marcați cu literele APD) la 18 km unul de celălalt. Imagine din articolul cu pricina din Nature

Ideea experimentului este următoarea: creăm doi fotoni încâlciți și îi trimitem la doi detectoare cât mai îndepărtați unul de celălalt (în experimentul descris, distanța dintre cei doi detectoare a fost de 18 km). În acest caz, facem căile fotonilor către detectoare cât mai identice, astfel încât momentele detectării lor să fie cât mai apropiate. În această lucrare, momentele de detectare au coincis cu o precizie de aproximativ 0,3 nanosecunde. Corelațiile cuantice au fost încă observate în aceste condiții. Deci, dacă presupunem că „funcționează” datorită interacțiunii descrise mai sus, atunci viteza acesteia ar trebui să depășească viteza luminii de o sută de mii de ori.
Un astfel de experiment, de fapt, a fost efectuat de același grup înainte. Noutatea acestei lucrări este doar că experimentul a durat mult timp. Corelațiile cuantice au fost observate continuu și nu au dispărut în niciun moment al zilei.
De ce este important? Dacă o interacțiune ipotetică este purtată de un mediu, atunci acest mediu va avea un cadru distins de referință. Datorită rotației Pământului, cadrul de referință de laborator se mișcă în raport cu acest cadru de referință la viteze diferite. Aceasta înseamnă că intervalul de timp dintre două evenimente de detectare a doi fotoni va fi diferit pentru acest mediu tot timpul, în funcție de ora din zi. În special, va exista un moment în care aceste două evenimente pentru acest mediu vor părea a fi simultane. (Aici, apropo, se folosește faptul din teoria relativității că două evenimente simultane vor fi simultane în toate cadrele de referință inerțiale care se deplasează perpendicular pe linia care le leagă).

Dacă corelațiile cuantice sunt efectuate datorită interacțiunii ipotetice descrise mai sus și dacă rata acestei interacțiuni este finită (chiar dacă este arbitrar de mare), atunci în acest moment corelațiile ar dispărea. Prin urmare, observarea continuă a corelațiilor în timpul zilei ar închide complet această posibilitate. Iar repetarea unui astfel de experiment în diferite perioade ale anului ar închide această ipoteză chiar și cu o interacțiune infinit de rapidă în propriul cadru de referință selectat.

Din păcate, acest lucru nu a fost realizat din cauza imperfecțiunii experimentului. În acest experiment, pentru a spune că corelațiile sunt de fapt observate, este necesar să se acumuleze semnalul timp de câteva minute. Dispariția corelațiilor, de exemplu, timp de 1 secundă, acest experiment nu a putut observa. De aceea, autorii nu au reușit să închidă complet interacțiunea ipotetică, ci au obținut doar o limită a vitezei de propagare a acesteia în cadrul de referință ales, ceea ce, desigur, reduce foarte mult valoarea rezultatului obținut.

Pot fi...?

Cititorul se poate întreba: dacă, totuși, se realizează posibilitatea ipotetică descrisă mai sus, dar experimentul pur și simplu a trecut cu vederea din cauza imperfecțiunii sale, înseamnă aceasta că teoria relativității este incorectă? Poate fi folosit acest efect pentru transmiterea superluminală a informațiilor sau chiar pentru mișcarea în spațiu?

Nu. Interacțiunea ipotetică descrisă mai sus prin construcție servește singurului scop - acestea sunt „angrenajele” care fac ca corelațiile cuantice să „funcționeze”. Dar s-a dovedit deja că cu ajutorul corelațiilor cuantice este imposibil să se transmită informații mai repede decât viteza luminii. Prin urmare, oricare ar fi mecanismul corelațiilor cuantice, nu poate încălca teoria relativității.
© Igor Ivanov

Vezi câmpuri de torsiune.
Fundamentele lumii subtile - câmpuri fizice de vid și torsiune. 4.

legatura cuantica.

Copyright © 2015 Iubire necondiționată

Lansat anul trecut, satelitul Micius din China a finalizat cu succes testele orbitale și a stabilit un nou record pentru comunicațiile cuantice. El a generat o pereche de fotoni încâlciți, i-a separat și i-a transmis simultan la două stații terestre aflate la 1203 km una de cealaltă. Stațiile terestre au folosit apoi efectul teleportării cuantice pentru a schimba mesaje criptate. Potenţial, lansarea unor astfel de sateliţi deschide posibilitatea creării unor sisteme de comunicaţii globale protejate de interceptări la nivelul principiilor fizice. Experimentul a fost deja numit „începutul internetului cuantic”.

Dispozitivul, în valoare de aproximativ 100 de milioane de dolari, a fost creat ca parte a proiectului QUESS (Quantum Science Satellite), o inițiativă comună a Academiei de Științe din China și Austria. „Acest proiect își propune să demonstreze fezabilitatea introducerii comunicațiilor cuantice la scară globală”, comentează Anton Zeilinger, expert în fizică cuantică la Universitatea din Viena, care a fost primul din lume care a efectuat teleportarea cuantică a stărilor fotonului încurcat.

Teleportarea cuantică și fantastică

Termenul „teleportare” poate induce în eroare. În sistemele cuantice, înseamnă transferul de informații între perechi pre-generate de particule legate, adică caracterizate printr-o funcție de undă comună. Nu există transfer de materie sau energie, iar relativitatea generală nu este încălcată. Esența teleportării cuantice este utilizarea stărilor cuantice interconectate ale particulelor încurcate pentru codificarea și transmiterea instantanee a informațiilor. Măsurarea (adică modificarea) proprietăților unei particule o va schimba instantaneu în a doua, indiferent cât de departe sunt acestea.

Un satelit care cântărește mai mult de 600 kg a fost lansat pe o orbită sincronă cu soarele cu o altitudine de 494,8-511,1 km folosind vehiculul de lansare Long March 2D (cunoscut și sub numele de Long March, sau „Long March”), lansat de pe Jiuquan 16 Cosmodrom august 2016. După luni de testare, a fost predat Academiei Chineze de Științe.

Parametrii orbitei au fost aleși astfel încât satelitul să apară în același loc în fiecare noapte. Stațiile terestre au urmărit satelitul și au stabilit legături optice cu acesta pentru a primi fotoni unici încâlciți. Satelitul a fost condus de trei telescoape optice din Deling, Lijiang și Nanshan. Satelitul a reușit să stabilească contactul cu toate cele trei stații terestre.

Conform planului, Micius va deveni primul dispozitiv din rețeaua globală de comunicații cuantice, pe care China intenționează să o creeze până în 2030. Una dintre sarcinile misiunii sale științifice este transmiterea cuantică a informațiilor printr-un canal de comunicare protejat prin interceptare între Beijing și Viena. În acest scop, satelitul este echipat cu echipamente experimentale: un emițător de perechi de fotoni încâlciți și un emițător laser coerent de mare viteză.

Apropo, satelitul Micius (în altă transcriere - Mozi) poartă numele vechiului filozof chinez Mo Tzu. Potrivit specialistului de top în dezvoltarea lui Micius, academicianul Jian-Wei Pan de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China, compatriotul său Mo-tzu a descris natura propagării luminii chiar înainte de epoca noastră, care a dat naștere dezvoltării opticei. comunicatii. Să lăsăm din articol pretențiile naționale la primatul în optică și să vedem ce este interesant la recordul stabilit și, în același timp, să încercăm să înțelegem elementele de bază ale comunicării cuantice.

Acordul chino-austriac

Nu este o coincidență faptul că Austria a devenit un participant la proiect: un grup de fizicieni de la Universitatea Austriacă din Innsbruck a fost cel care în 1997 a reușit pentru prima dată să demonstreze teleportarea cuantică a stărilor într-o pereche de fotoni încâlciți.

China modernă are, de asemenea, o istorie interesantă a stăpânirii comunicațiilor cuantice. În 2005, oamenii de știință de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China au reușit să transmită starea cuantică a particulelor încurcate la 7 km în aer liber. Ulterior, cu ajutorul fibrei optice la comandă, această distanță a fost mărită la 400 km. Pentru prima dată, transmiterea fotonilor încâlciți prin atmosferă și pe o distanță considerabilă a fost efectuată și de fizicieni de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China și de la Universitatea Tsinghua din Beijing. În mai 2010, au transmis cu succes o pereche de fotoni încâlciți pe o distanță de 16 km (vezi Fotonica naturii).

O linie de fibră optică sau o legătură cu linia vizuală „prin aer” este necesară doar pentru separarea inițială a fotonilor încâlciți. În viitor, informațiile despre schimbarea stării lor cuantice sunt transmise instantaneu și indiferent de distanță. Prin urmare, pe lângă avantajele enumerate în mod tradițional ale transmisiei de date cuantice (densitate mare de codare, viteză și protecție împotriva interceptării), Zeilinger remarcă o altă proprietate importantă: teleportarea cuantică este posibilă și atunci când poziția relativă exactă a receptorului și emițătorului este necunoscută. Acest lucru este deosebit de important pentru sistemele de comunicații prin satelit, deoarece poziția relativă a nodurilor de rețea se schimbă constant în ele.

Într-un nou experiment folosind Micius, laboratoarele situate în capitalele Chinei și Austriei și-au transmis unul altuia un mesaj criptat cu cifrul Vernam pe canale terestre deschise. Ca cheie criptografică, am folosit rezultatele măsurării proprietăților cuantice ale perechilor de fotoni încâlciți primiți de la satelit.

Evident, nu este o problemă să primim miliarde de fotoni pe Pământ chiar și de la Soarele îndepărtat. Oricine o poate face într-o zi însorită doar ieșind de la umbră. Înregistrarea simultană a unei anumite perechi de fotoni încâlciți de la un satelit în două laboratoare diferite și măsurarea proprietăților lor cuantice este o sarcină tehnică extrem de dificilă. Pentru a o rezolva, proiectul QUESS a folosit optică adaptivă. Măsoară în mod constant gradul de distorsiune cauzat de turbulențele atmosferei terestre și le compensează. În plus, filtrele optice au fost folosite pentru a elimina lumina lunii și lumina orașului. Fără ele, era prea mult zgomot în linia de comunicație optică.

Fiecare trecere prin satelit peste teritoriul chinez a durat doar 275 de secunde. În acest timp, a fost necesar să se instaleze simultan două canale de ieșire din acesta. În prima serie de experimente - între Delingoy și Nanshan (distanță 1120 km). În al doilea - între Delingoy și Lijiang (1203 km). În ambele experimente, perechi de fotoni încâlciți au fost recepționați cu succes de la satelit și canalul de comunicație securizat a funcționat.

Acest lucru este considerat un progres din mai multe motive. În primul rând, Micius a fost primul experiment de succes în comunicațiile cuantice prin satelit. Până acum, toate astfel de experimente au fost efectuate în laboratoare de la sol, unde receptorul și transmițătorul erau mult mai puțin îndepărtați unul de celălalt. În al doilea rând, în alte experimente, transmiterea fotonilor încâlciți a necesitat utilizarea unui fel de mediu izolat. De exemplu, linii de comunicație cu fibră optică. În al treilea rând, cu comunicarea cuantică, fotonii unici sunt transmisi și înregistrați printr-o fibră optică, iar satelitul crește cursul de schimb efectiv.

Comunicarea cuantică în Rusia

Din 2014, în Rusia a fost lansat un proiect în domeniul comunicațiilor cuantice terestre. Investițiile în acesta depășesc 450 de milioane de ruble, dar producția practică este încă foarte modestă. Pe 31 mai 2016, angajații Centrului cuantic din Rusia au lansat prima linie de comunicare cuantică internă. Creat pe baza rețelei de fibră optică existentă, a conectat două sucursale ale Gazprombank din Moscova - pe Korovy Val și Novye Cheryomushki. Distanța dintre aceste clădiri este de aproximativ 30 km. Până acum, linia de comunicare cuantică rusă funcționează ca una experimentală.

Semnalul de la Micius a călătorit prin atmosferă și a fost recepționat simultan de două stații terestre. „Dacă ar fi să folosim o fibră lungă de 1.200 km pentru a distribui perechi de fotoni încâlciți pe Pământ, atunci din cauza pierderii de putere a semnalului cu distanța, am putea transmite doar o pereche pe secundă. Satelitul ajută la depășirea acestei bariere. Am îmbunătățit deja viteza de distribuție cu 12 ordine de mărime în comparație cu tehnologiile anterioare”, spune Jian-Wei Pan.

Transmiterea de date cuantice prin satelit deschide posibilitatea construirii unor sisteme de comunicații globale care sunt protejate maxim de interceptări la nivelul principiilor fizice. „Acesta este primul pas către comunicarea cuantică sigură la nivel mondial și poate chiar internetul cuantic”, spune Anton Zeilinger.

Paradoxul acestei realizări este că nici măcar autorii proiectului nu cunosc toate detaliile despre funcționarea unui sistem de comunicare cuantică. Există doar ipoteze de lucru, verificarea lor experimentală și lungi dezbateri despre interpretarea corectă a rezultatelor. Se întâmplă adesea: mai întâi, se descoperă un fenomen, apoi este utilizat în mod activ și abia după mult timp cineva poate înțelege esența lui. Oamenii primitivi știau să facă foc, dar niciunul dintre ei nu înțelegea procesele fizice și chimice ale arderii. A fost necesar să le înțelegem pentru a face o tranziție calitativă de la un incendiu la un motor cu ardere internă și un motor rachetă.

Teleportarea cuantică este un lucru complet confuz în toate sensurile. Să încercăm să facem abstracție de la formule complexe, concepte invizibile și să le înțelegem elementele de bază. Vechii cunoștințe ne vor ajuta în acest sens - interlocutorii Alice, Bob și Malory, care îi ascultă mereu cu urechea.

Cum Alice și Bob au înconjurat Mallory

Într-un sistem de comunicare convențional, lui Malory i se atribuie rolul de „om la mijloc”. S-a prins imperceptibil în linia de transmisie, interceptează mesajul de la Alice, îl citește, dacă dorește, îl schimbă și îl transmite lui Bob. Bob naiv nu bănuiește nimic. Așa că Malory primește răspunsul lui, face tot ce vrea cu el și i-l trimite lui Alice. Așa este compromisă toată corespondența, convorbirile telefonice și orice alt tip clasic de comunicare. Cu comunicarea cuantică, acest lucru este imposibil în principiu. De ce?

Pentru a crea o cheie criptografică în ea, Alice și Bob folosesc mai întâi o serie de măsurători pe perechi de fotoni încâlciți. Rezultatele acestor măsurători devin apoi cheia pentru criptarea și decriptarea mesajelor trimise pe orice canal deschis. Dacă Malory interceptează fotonii încâlciți, el va distruge sistemul cuantic și ambii interlocutori vor afla imediat despre asta. Malory nu ar fi capabil fizic să retransmită aceiași fotoni, deoarece asta ar fi împotriva unui principiu al mecanicii cuantice cunoscut sub numele de „fără clonare”.

Acest lucru se întâmplă deoarece proprietățile macro și microlumilor sunt radical diferite. Orice obiect macro există întotdeauna într-o stare bine definită. Aici este o coală de hârtie, minte. Aici a fost pus într-un plic și trimis prin poștă aeriană. Putem măsura orice parametru al unui mesaj de hârtie în orice moment, iar acest lucru nu va afecta în niciun fel esența acestuia. Nu va schimba conținutul de la cântărire, radiografie și nu va zbura mai repede în fasciculul radar cu care măsurăm viteza aeronavei.

Pentru particulele elementare, totul este diferit. Ele sunt descrise ca stări probabiliste ale unui sistem cuantic și orice măsurătoare îl transferă într-o stare strict definită, adică o modifică. Însăși influența măsurării asupra rezultatului nu se potrivește bine în viziunea obișnuită asupra lumii. Cu toate acestea, din punct de vedere practic, este interesant faptul că starea sistemului cuantic transmis nu poate fi cunoscută în secret. O încercare de a intercepta și de a citi un astfel de mesaj îl va distruge pur și simplu. Prin urmare, se crede că comunicarea cuantică elimină complet posibilitatea unui atac MitM.

Orice particule elementare sunt teoretic potrivite pentru transmisia de date cuantice. Anterior, au fost efectuate experimente cu electroni, protoni și chiar cu ioni de diferite metale. În practică, totuși, este cel mai convenabil să folosiți fotoni. Sunt ușor de radiat și înregistrat. Există deja dispozitive gata făcute, protocoale și rețele întregi de fibră optică pentru transmisia tradițională de date. Diferența dintre sistemele de comunicare cuantică este că perechile de fotoni pre-încurcați trebuie să le fie transmise.

Cum să nu te încurci în doi fotoni

Încurcarea particulelor elementare dă naștere la dezbateri aprinse în jurul principiului localității - postulatul că doar obiectele suficient de apropiate între ele participă la interacțiuni. Toate verificările experimentale din mecanica clasică se bazează pe acest principiu. Rezultatul oricărui experiment depinde numai de corpurile care interacționează direct și pot fi calculate cu precizie în avans. Numărul de observatori nu îl afectează în niciun fel. În cazul mecanicii cuantice, nu există o astfel de certitudine. De exemplu, este imposibil să spunem în avans care va fi polarizarea unuia dintre fotonii încâlciți.

Einstein a sugerat cu prudență că natura probabilistică a predicțiilor mecanicii cuantice se datorează prezenței unor parametri ascunși, adică banalei incompletități a descrierii. Treizeci de ani mai târziu, Bell a răspuns prin crearea unei serii de inegalități capabile teoretic să confirme prezența variabilelor ascunse în experimente cu particule cuantice prin analiza distribuției probabilității într-o serie de experimente. Alain Aspe, și apoi alți experimentatori, au demonstrat încălcarea inegalităților lui Bell.

În 2003, Tony Leggett, un fizician teoretician de la Universitatea din Illinois, a rezumat datele acumulate și a propus abandonarea completă a principiului localității în orice raționament despre sistemele cuantice. Mai târziu, un grup de oameni de știință de la Institutul de Fizică Teoretică din Zurich și de la Institutul de Fizică Aplicată al Universității Tehnice din Darmstadt, condus de Roger Kolbek, a ajuns la concluzia că principiul Heisenberg este incorect și pentru particulele elementare încurcate.

Această regândire constantă a mecanicii cuantice are loc pentru că încercăm să gândim în termeni familiari într-un mediu necunoscut. Stările încurcate ale particulelor și, în special, ale fotonilor nu sunt deloc o proprietate mistică. Nu încalcă, ci completează legile cunoscute ale fizicii. Doar că fizicienii înșiși nu pot descrie încă efectele observate într-o teorie consecventă.

Încâlcirea cuantică a fost observată în experimente încă din anii 1970. Perechile de particule pre-încurcate distanțate la orice distanță instantaneu (adică mai rapid decât viteza luminii) își schimbă reciproc proprietățile - de aici a apărut termenul de „teleportare”. De exemplu, merită să schimbați polarizarea unui foton, deoarece fotonul împerecheat își va schimba imediat pe a sa. Miracol? Da, dacă nu vă amintiți că inițial acești fotoni erau un singur întreg, iar după separare, polarizarea lor și alte proprietăți s-au dovedit a fi, de asemenea, interconectate.

Cu siguranță vă amintiți despre duplicitatea fotonului: interacționează ca o particulă, dar se propagă ca o undă. Pentru a crea o pereche de fotoni încâlciți, există diferite tehnici, dintre care una se bazează pe proprietățile undei. Acesta generează un foton cu o lungime de undă mai scurtă (de exemplu, 512 nm), apoi este împărțit în doi fotoni cu o lungime de undă mai mare (1024 nm). Lungimea de undă (frecvența) unor astfel de fotoni este aceeași, iar toate proprietățile cuantice ale unei perechi sunt descrise de un model probabilistic. „Schimbarea” în microcosmos înseamnă „măsură” și invers.

Un foton de particule are numere cuantice - de exemplu, helicitatea (pozitivă sau negativă). O undă fotonică are o polarizare - de exemplu, orizontală sau verticală (sau circulară stânga și dreapta - în funcție de planul și direcția de mișcare pe care o luăm în considerare).

Nu se știe dinainte care vor fi aceste proprietăți pentru fiecare foton dintr-o pereche (vezi principiile probabilistice ale mecanicii cuantice). Dar în cazul fotonilor încâlciți, putem afirma că aceștia vor fi opuși. Prin urmare, dacă modificați (măsurați) caracteristicile unui foton dintr-o pereche, atunci acestea vor deveni instantaneu determinate pentru al doilea, chiar dacă este la 100500 de parsecs distanță. Este important să înțelegem că aceasta nu este doar eliminarea incertitudinii. Aceasta este tocmai schimbarea proprietăților cuantice ale particulelor ca urmare a trecerii de la o stare probabilistică la una deterministă.

Principala dificultate tehnică este de a nu crea perechi de fotoni încâlciți. Aproape orice sursă de lumină le dă naștere tot timpul. Chiar și becul din camera ta emite fotoni încâlciți cu milioane. Cu toate acestea, este dificil să-l numim un dispozitiv cuantic, deoarece într-un astfel de haos încâlcirea cuantică a perechilor produse dispare rapid și nenumărate interacțiuni interferează cu transmiterea eficientă a informațiilor.

În experimentele cu întricarea cuantică a fotonilor, sunt utilizate de obicei proprietățile opticii neliniare. De exemplu, dacă o bucată de niobat de litiu sau un alt cristal neliniar tăiat într-un anumit mod este strălucită cu un laser, atunci vor apărea perechi de fotoni cu polarizare reciproc ortogonală (adică orizontală și verticală). Un impuls laser (super)scurt este strict o pereche de fotoni. Acolo este magia!

Bonusul suplimentar al transferului de date cuantice

Helicity, polarizare - toate acestea sunt modalități suplimentare de a codifica un semnal, astfel încât mai mult de un bit de informație poate fi transmis de către un foton. Deci, în sistemele de comunicații cuantice, densitatea transmisiei de date și viteza acesteia cresc.

Este încă prea dificil să folosești teleportarea cuantică pentru a transmite informații, dar progresul în acest domeniu se mișcă rapid. Prima experiență de succes a fost înregistrată în 2003. Grupul lui Zeilinger a efectuat transmiterea stărilor cuantice ale particulelor încurcate la o distanță de 600 m. În 2010, grupul lui Jian-Wei Pan a crescut această distanță la 13 km, iar apoi în 2012 și-a doborât propriul record, înregistrând teleportarea cuantică cu succes la o distanță de 97 km. În același 2012, Zeilinger s-a răzbunat și a mărit distanța la 143 km. Acum, prin eforturi comune, au făcut un adevărat progres - au finalizat transferul de 1203 km.

Salutare dragi cititori! Bun venit pe blog!

Ce este intricarea cuantică în cuvinte simple? Teleportarea - este posibil? A fost demonstrată experimental posibilitatea teleportării? Care este coșmarul lui Einstein? În acest articol, veți obține răspunsuri la aceste întrebări.

Introducere

Vedem adesea teleportarea în filmele și cărțile științifico-fantastice. Te-ai întrebat vreodată de ce ceea ce au inventat scriitorii devine în cele din urmă realitatea noastră? Cum reușesc ei să prezică viitorul? Nu cred că este un accident. Adesea, scriitorii de science fiction au cunoștințe extinse despre fizică și alte științe, care, combinate cu intuiția și imaginația lor extraordinară, îi ajută să construiască o analiză retrospectivă a trecutului și să simuleze evenimente viitoare.

Din articol vei afla:

• Ce este entanglementul cuantic?
• Disputa lui Einstein cu Bohr. Cine are dreptate?
• Teleportarea este confirmată experimental?

concept "legatura cuantica" a apărut dintr-o presupunere teoretică care decurge din ecuaţiile mecanicii cuantice. Înseamnă asta: dacă 2 particule cuantice (pot fi electroni, fotoni) se dovedesc a fi interdependente (încurcate), atunci conexiunea este păstrată, chiar dacă sunt răspândite în diferite părți ale Universului

Descoperirea întanglementării cuantice explică într-o oarecare măsură posibilitatea teoretică a teleportării.

Pe scurt, atunci înapoi Particula cuantică (electron, foton) se numește propriul moment unghiular. Spinul poate fi reprezentat ca un vector, iar particula cuantică în sine poate fi reprezentată ca un magnet microscopic.

Este important să înțelegem că atunci când nimeni nu observă o cuantică, de exemplu, un electron, atunci are toate valorile spinului în același timp. Acest concept fundamental al mecanicii cuantice se numește „suprapunere”.

Imaginează-ți că electronul tău se rotește în sensul acelor de ceasornic și în sens invers acelor de ceasornic în același timp. Adică se află în ambele stări de rotație simultan (vector de rotire în sus/vector de rotire în jos). Reprezentat? BINE. Dar de îndată ce un observator apare și își măsoară starea, electronul însuși determină ce vector de spin ar trebui să ia - în sus sau în jos.

Vrei să înveți cum să măsori spinul unui electron? Este plasat într-un câmp magnetic: electronii cu un spin împotriva direcției câmpului și cu un spin în direcția câmpului, se vor abate în direcții diferite. Spiriile fotonilor sunt măsurate prin direcționarea lor către un filtru polarizant. Dacă spinul (sau polarizarea) unui foton este „-1”, atunci acesta nu trece prin filtru, iar dacă este „+1”, atunci trece.

Rezumat. De îndată ce ați măsurat starea unui electron și ați determinat că spinul său este „+1”, atunci electronul legat sau „încurcat” cu el capătă valoarea spinului „-1”. Și instantaneu, chiar dacă este pe Marte. Deși înainte de a măsura starea celui de-al doilea electron, acesta avea ambele valori de spin simultan ("+1" și "-1").

Acest paradox, dovedit matematic, nu i-a plăcut lui Einstein. Pentru că a contrazis descoperirea lui că nu există o viteză mai mare decât viteza luminii. Dar conceptul de particule încurcate s-a dovedit: dacă una dintre particulele încurcate se află pe Pământ, iar a doua este pe Marte, atunci prima particulă în momentul măsurării stării sale instantaneu (mai rapid decât viteza luminii) transmite informații celei de-a doua. particulă, care este valoarea spinului pe care o acceptă. Și anume invers.

Disputa lui Einstein cu Bohr. Cine are dreptate?

Einstein a numit „întanglement cuantic” SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (germană) sau acțiune înspăimântătoare, fantomatică, supranaturală la distanță.

Einstein nu a fost de acord cu interpretarea lui Bohr cu privire la încurcarea cuantică a particulelor. Pentru ca a contrazis teoria sa conform căreia informația nu poate călători mai repede decât viteza luminii.În 1935 a publicat un articol care descrie un experiment de gândire. Acest experiment a fost numit „Paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen”.

Einstein a fost de acord că particulele legate ar putea exista, dar a venit cu o altă explicație pentru transferul instantaneu de informații între ele. El a spus „particule încurcate” mai mult ca o pereche de mănuși. Imaginează-ți că ai o pereche de mănuși. Pe cea stângă o pui într-o valiză, iar pe cea dreaptă în a doua. Ai trimis prima valiză unui prieten, iar a 2-a pe lună. Când un prieten primește valiza, va ști că valiza conține fie o mănușă stângă, fie una dreaptă. Când deschide valiza și vede că în ea este o mănușă stângă, va ști instantaneu că este cea potrivită pe Lună. Și asta nu înseamnă că un prieten a influențat faptul că mănușa stângă era în valiză și nu înseamnă că mănușa stângă transmitea instant informații către cea dreaptă. Înseamnă doar că proprietățile mănușilor au fost inițial aceleași din momentul în care au fost separate. Acestea. particulele cuantice încurcate conțin inițial informații despre stările lor.

Așadar, cine avea dreptate Bohr, care credea că particulele legate își transmit informații între ele instantaneu, chiar dacă sunt distanțate pe distanțe mari? Sau Einstein, care credea că nu există nicio legătură supranaturală și totul este predeterminat cu mult înainte de momentul măsurării.

Această dispută s-a mutat pe tărâmul filozofiei timp de 30 de ani. De atunci s-a rezolvat disputa?

teorema lui Bell. Disputa rezolvată?

John Clauser, pe când era încă student la Universitatea Columbia, în 1967 a găsit lucrarea uitată a fizicianului irlandez John Bell. A fost o senzație: se dovedește Bell a depășit impasul dintre Bohr și Einstein. El a propus să testeze ambele ipoteze experimental. Pentru a face acest lucru, el a propus construirea unei mașini care să creeze și să compare multe perechi de particule încurcate. John Clauser a început să dezvolte o astfel de mașină. Mașina lui ar putea crea mii de perechi de particule încurcate și le putea compara în funcție de diferiți parametri. Rezultatele experimentale i-au dat dreptate lui Bohr.

Și în curând fizicianul francez Alain Aspe a efectuat experimente, dintre care unul se referea la însăși esența disputei dintre Einstein și Bohr. În acest experiment, măsurarea unei particule ar putea afecta în mod direct pe alta numai dacă semnalul de la 1 la a 2-a trece cu o viteză care depășește viteza luminii. Dar Einstein însuși a demonstrat că acest lucru este imposibil. Mai rămăsese o singură explicație - o legătură inexplicabilă, supranaturală, între particule.

Rezultatele experimentelor au demonstrat că ipoteza teoretică a mecanicii cuantice este corectă. Entanglementul cuantic este o realitate ( Wikipedia privind încrucișarea cuantică). Particulele cuantice pot fi legate în ciuda distanțelor mari. Măsurarea stării unei particule afectează starea celei de-a doua particule situată departe de ea, ca și cum distanța dintre ele nu ar exista. Comunicarea supranaturală la distanță are loc în realitate.

Rămâne întrebarea, este posibilă teleportarea?

Teleportarea este confirmată experimental?

În 2011, oamenii de știință japonezi au teleportat fotoni pentru prima dată în lume! A mutat instantaneu din punctul A în punctul B un fascicul de lumină.

Dacă vrei ca tot ceea ce ai citit despre întâlnirea cuantică să fie rezolvat în 5 minute, urmărește acest videoclip, un videoclip minunat.

Ne vedem în curând!

Vă doresc tuturor proiecte interesante, inspirate!

P.S. Dacă articolul v-a fost util și de înțeles, nu uitați să-l împărtășiți.

P.S. Scrieți-vă gândurile, întrebările în comentarii. Ce alte întrebări despre fizica cuantică vă interesează?

P.S. Abonați-vă la blog - un formular de abonare sub articol.

Maldacena a arătat că prin încurcarea particulelor de pe o etichetă cu particule de pe alta, o conexiune de găuri de vierme a conservelor poate fi descrisă perfect mecanic cuantic. În contextul principiului holografic, încurcarea este echivalentă cu legarea fizică a unor bucăți de spațiu-timp împreună.

Inspirat de această conexiune dintre încâlcire și spațiu-timp, Van Raamsdonk s-a întrebat cât de mare ar putea juca încurcarea în modelarea spațiu-timpului. El a prezentat cea mai curată etichetă pe o cutie de supă cuantică: albă, corespunzătoare unui disc gol de spațiu anti-de-Sitter. Dar știa că, conform principiilor fundamentale ale mecanicii cuantice, spațiul gol nu va fi niciodată complet gol. Este umplut cu perechi de particule care plutesc și dispar. Și aceste particule trecătoare sunt încurcate.

Așa că Van Raamsdonk a desenat o bisectoare imaginară pe o etichetă holografică și apoi a rupt matematic încâlcirea cuantică dintre particulele de pe o jumătate a etichetei și particulele de pe cealaltă. El a descoperit că discul corespunzător al spațiului anti-de Sitter a început să se împartă în jumătate. Ca și cum particulele încurcate ar fi cârligele care țin plasa spațiului și a timpului în loc; fără ele, spațiu-timpul se destramă. Pe măsură ce Van Raamsdonk a scăzut gradul de încurcare, partea din spațiu conectată la regiunile divizate a devenit mai subțire, ca un fir de cauciuc care se întinde din guma de mestecat. „M-a făcut să cred că prezența spațiului începe cu prezența încurcăturii”.

A fost o declarație îndrăzneață și a fost nevoie de timp pentru ca lucrările lui Van Raamsdonk, publicate în General Relativity and Gravitation în 2010, să obțină o atenție serioasă. Focul de interes a izbucnit încă din 2012, când patru fizicieni de la Universitatea din California din Santa Barbara au scris o lucrare în care contestă înțelepciunea convențională despre orizontul evenimentelor, punctul de nereturn al găurii negre.

Adevărul ascuns de firewall

În anii 1970, fizicianul teoretician Stephen Hawking a arătat că perechile de particule încurcate - aceeași specie pe care Van Raamsdonk a analizat-o mai târziu în frontiera sa cuantică - . Unul cade în gaura neagră, în timp ce celălalt scapă împreună cu așa-numita radiație Hawking. Acest proces subminează treptat masa găurii negre, ducând în cele din urmă la moartea acesteia. Dar dacă găurile negre dispar, ar trebui să dispară și evidența a tot ceea ce a căzut. Teoria cuantică spune că informația nu poate fi distrusă.

Până în anii 1990, câțiva fizicieni teoreticieni, inclusiv Leonard Susskind de la Stanford, veniseră cu o soluție la această problemă. Da, au spus ei, materia și energia cade într-o gaură neagră. Dar din punctul de vedere al unui observator din exterior, acest material nu traversează niciodată orizontul evenimentelor; pare că se clătina pe marginea ei. Ca urmare, orizontul evenimentelor devine o graniță holografică care conține toate informațiile despre spațiul din interiorul găurii negre. În cele din urmă, când gaura neagră se evaporă, această informație se scurge sub forma radiației Hawking. În principiu, un observator poate colecta această radiație și poate recupera toate informațiile despre interiorul unei găuri negre.

În lucrarea lor din 2012, fizicienii Ahmed Almheiri, Donald Marolph, James Sully și Joseph Polchinsky au declarat că este ceva în neregulă cu această imagine. Pentru un observator care încearcă să pună cap la cap puzzle-ul a ceea ce se află în interiorul unei găuri negre, a subliniat unul, toate piesele separate ale puzzle-ului - particulele radiației lui Hawking - trebuie să fie încurcate unele cu altele. De asemenea, fiecare particulă Hawking trebuie să fie încurcată cu partenerul său original, care a căzut în gaura neagră.

Din păcate, confuzia singură nu este suficientă. Teoria cuantică afirmă că, pentru ca încurcarea să existe între toate particulele din afara găurii negre, trebuie exclusă încurcarea acestor particule cu particulele din interiorul găurii negre. În plus, fizicienii au descoperit că ruperea uneia dintre încurcături ar crea un zid energetic impenetrabil, așa-numitul firewall, la orizontul evenimentelor.

Mulți fizicieni s-au îndoit că găurile negre evaporă de fapt tot ceea ce încearcă să intre înăuntru. Dar însăși posibilitatea existenței unui firewall duce la gânduri tulburătoare. Anterior, fizicienii s-au gândit deja la cum arată spațiul în interiorul unei găuri negre. Acum nu sunt siguri dacă găurile negre au acest „înăuntru” deloc. Toată lumea pare să se fi împăcat, notează Preskill.

Dar Susskind nu s-a resemnat. A petrecut ani de zile încercând să demonstreze că informațiile nu dispar într-o gaură neagră; astăzi este și convins că ideea unui firewall este greșită, dar încă nu a reușit să demonstreze acest lucru. Într-o zi, a primit o scrisoare criptică de la Maldacena: „Nu era mare lucru în ea”, spune Susskind. - Doar ER = EPR. Maldacena, aflat acum la Institutul de Studii Avansate de la Princeton, a reflectat asupra cutiei sale din 2001 și s-a întrebat dacă găurile de vierme ar putea rezolva amestecul de încurcături generat de problema firewall-ului. Susskind a preluat rapid ideea.

Într-o lucrare publicată în jurnalul german Fortschritte der Physik în 2013, Maldacena și Susskind au afirmat că o gaură de vierme - din punct de vedere tehnic un pod Einstein-Rosen, sau ER - este echivalentul spațio-temporal al întanglementării cuantice. (În cadrul EPR, înțelegeți experimentul lui Einstein-Podolsky-Rosen, care ar fi trebuit să risipească întricarea cuantică mitologică). Aceasta înseamnă că fiecare particulă de radiație Hawking, indiferent cât de departe de origine, este conectată direct la interiorul găurii negre printr-o cale scurtă prin spațiu-timp. „Dacă te muți printr-o gaură de vierme, lucrurile care sunt departe nu sunt atât de departe”, spune Susskind.

Susskind și Maldacena au propus să colecteze toate particulele Hawking și să le împingă împreună până când se prăbușesc într-o gaură neagră. Această gaură neagră ar fi încurcată și, prin urmare, ar fi conectată printr-o gaură de vierme de gaura neagră originală. Acest truc a transformat mizeria încâlcită a particulelor Hawking - paradoxal încurcate cu gaura neagră și unele cu altele - în două găuri negre conectate printr-o gaură de vierme. Supraîncărcarea confuziei s-a rezolvat și problema firewall-ului a luat sfârșit.

Nu toți oamenii de știință au sărit în vagonul tramvaiului ER = EPR. Susskind și Maldacena recunosc că au încă multă muncă de făcut pentru a demonstra că găurile de vierme și încurcarea sunt echivalente. Dar după ce s-au gândit la implicațiile paradoxului firewall-ului, mulți fizicieni sunt de acord că spațiul-timp din interiorul unei găuri negre își datorează existența încordării cu radiația din exterior. Aceasta este o perspectivă importantă, notează Preskill, pentru că înseamnă, de asemenea, că întreaga țesătură spațiu-timp din univers, inclusiv petecul pe care îl ocupăm, este produsul acțiunii macabre cuantice.

computer spațial

Un lucru este să spunem că universul construiește spațiu-timp prin încurcare; este cu totul altceva să arăți cum o face universul. Preskill și colab. au preluat această sarcină dificilă și au decis să vadă cosmosul ca pe un computer cuantic colosal. De aproape douăzeci de ani, oamenii de știință au construit computere cuantice, care folosesc informații codificate în elemente încurcate, cum ar fi fotonii sau circuite minuscule, pentru a rezolva problemele pe care computerele tradiționale nu le pot rezolva. Echipa lui Preskill folosește cunoștințele dobândite din aceste încercări pentru a prezice modul în care detaliile individuale din interiorul unei cutii de supă s-ar traduce într-o etichetă plină de încurcături.

Calculatoarele cuantice funcționează prin operarea componentelor care se află într-o suprapunere de stări ca purtători de date - pot fi zero și unu în același timp. Dar starea de suprapunere este foarte fragilă. Excesul de căldură, de exemplu, poate distruge o stare și toată informația cuantică conținută în ea. Aceste pierderi de informații, pe care Preskill le aseamănă cu paginile rupte dintr-o carte, par inevitabile.

Dar fizicienii au răspuns creând un protocol pentru corectarea erorilor cuantice. În loc să se bazeze pe o singură particulă pentru a stoca un bit cuantic, oamenii de știință împart datele în mai multe particule încurcate. O carte scrisă în limbajul corectării erorilor cuantice ar fi plină de farfurie, spune Preskill, dar tot conținutul ei ar putea fi recuperat chiar dacă jumătate din pagini dispar.

Corectarea erorilor cuantice a atras multă atenție în ultimii ani, dar acum Preskill și colegii săi bănuiesc că natura a venit cu acest sistem cu mult timp în urmă. În iunie, în Journal of High Energy Physics, Preskill și echipa sa au arătat cum încurcarea multor particule la o limită holografică descrie perfect o singură particulă trasă de gravitație într-o bucată de spațiu anti-de Sitter. Maldacena spune că această descoperire ar putea duce la o mai bună înțelegere a modului în care o hologramă codifică toate detaliile spațiu-timpului pe care îl înconjoară.

Fizicienii recunosc că speculațiile lor au un drum lung de parcurs pentru a se potrivi cu realitatea. În timp ce spațiul anti-de Sitter oferă fizicienilor avantajul de a lucra cu o limită bine definită, universul nu are o etichetă atât de clară pe o cutie de supă. Țesătura spațiu-timp a cosmosului s-a extins de la Big Bang și continuă să o facă într-un ritm din ce în ce mai mare. Dacă trimiteți un fascicul de lumină în spațiu, acesta nu se va întoarce și nu se va întoarce; el va zbura. „Nu este clar cum să definim teoria holografică a universului nostru”, a scris Maldacena în 2005. „Doar că nu există un loc bun pentru a pune o hologramă”.

Cu toate acestea, oricât de ciudat ar suna toate aceste holograme, cutii de supă și găuri de vierme, ele ar putea fi căi promițătoare care să conducă la fuziunea activităților cuantice înfricoșătoare cu geometria spațiului-timp. În munca lor despre găurile de vierme, Einstein și Rosen au discutat posibile implicații cuantice, dar nu s-au conectat cu munca lor anterioară privind încurcarea. Astăzi, această conexiune poate ajuta la unificarea mecanicii cuantice a relativității generale într-o teorie a gravitației cuantice. Înarmați cu o astfel de teorie, fizicienii ar putea rezolva misterele stării tânărului Univers, când materia și energia se potrivesc într-un punct infinit de mic din spațiu.

Dacă nu ați fost încă lovit de minunile fizicii cuantice, atunci după acest articol gândirea dvs. se va întoarce cu susul în jos. Astăzi vă voi spune ce este întanglementul cuantic, dar în cuvinte simple, pentru ca oricine să înțeleagă ce este.

Încurcarea ca conexiune magică

După ce au fost descoperite efectele neobișnuite care au loc în microcosmos, oamenii de știință au ajuns la o presupunere teoretică interesantă. A urmat tocmai din bazele teoriei cuantice.

În trecut, am vorbit despre modul în care electronul se comportă foarte ciudat.

Dar încurcarea particulelor cuantice, elementare, contrazice în general orice bun simț, depășește orice înțelegere.

Dacă au interacționat unul cu celălalt, atunci după separare, o legătură magică rămâne între ei, chiar dacă sunt despărțiți de orice distanță, arbitrar de mare.

Magic în sensul că informațiile dintre ei sunt transmise instantaneu.

După cum se știe din mecanica cuantică, o particulă înainte de măsurare se află într-o suprapunere, adică are mai mulți parametri simultan, este neclară în spațiu și nu are o valoare exactă de spin. Dacă se face o măsurare pe una dintr-o pereche de particule care interacționează anterior, adică o funcție de undă se prăbușește, atunci a doua imediat, răspunde instantaneu la această măsurătoare. Nu contează cât de departe sunt. Fantezie, nu-i așa?

După cum se știe din teoria relativității a lui Einstein, nimic nu poate depăși viteza luminii. Pentru ca informațiile să ajungă de la o particulă la a doua, este necesar cel puțin să petreceți timpul de trecere a luminii. Dar o particulă reacționează instantaneu la măsurarea celeilalte. Informațiile cu viteza luminii ar fi ajuns la ea mai târziu. Toate acestea nu se încadrează în bunul simț.

Dacă împărțim o pereche de particule elementare cu parametru de spin comun zero, atunci una trebuie să aibă un spin negativ, iar al doilea pozitiv. Dar înainte de măsurare, valoarea spinului este în suprapunere. De îndată ce am măsurat spin-ul primei particule, am văzut că are o valoare pozitivă, așa că imediat a doua dobândește un spin negativ. Dacă, dimpotrivă, prima particulă capătă o valoare negativă a spinului, atunci a doua particulă capătă o valoare pozitivă instantaneu.

Sau o asemenea analogie.

Avem două mingi. Unul este negru, celălalt alb. Le-am acoperit cu ochelari opaci, nu putem vedea care este care. Ne amestecăm ca în jocul cu degetare.

Dacă deschideți un pahar și vedeți că există o minge albă, atunci al doilea pahar este negru. Dar la început nu știm care este care.

Așa este și cu particulele elementare. Dar înainte de a le privi, sunt în suprapunere. Înainte de măsurare, bilele sunt parcă incolore. Dar după ce a distrus suprapunerea unei bile și văzând că este albă, a doua devine imediat neagră. Și asta se întâmplă instantaneu, indiferent dacă există cel puțin o minge pe pământ și a doua într-o altă galaxie. Pentru ca lumina să ajungă de la o minge la alta în cazul nostru, să zicem că durează sute de ani, iar a doua minge învață că s-a făcut o măsurătoare pe a doua, repet, instantaneu. Există o confuzie între ei.

Este clar că Einstein, și mulți alți fizicieni, nu au acceptat un astfel de rezultat al evenimentelor, adică întricarea cuantică. El a considerat concluziile fizicii cuantice ca fiind incorecte, incomplete și a presupus că lipsesc unele variabile ascunse.

Dimpotrivă, paradoxul lui Einstein descris mai sus a fost inventat pentru a arăta că concluziile mecanicii cuantice nu sunt corecte, deoarece încurcarea este contrară bunului simț.

Acest paradox a fost numit paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen, prescurtat ca paradoxul EPR.

Dar experimentele cu încâlcirea efectuate mai târziu de A. Aspect și alți oameni de știință au arătat că Einstein a greșit. Închegarea cuantică există.

Și acestea nu mai erau ipoteze teoretice care decurg din ecuații, ci fapte reale ale multor experimente privind încurcarea cuantică. Oamenii de știință au văzut asta în direct, iar Einstein a murit fără să cunoască adevărul.

Particulele interacționează într-adevăr instantaneu, restricțiile privind viteza luminii nu sunt o piedică pentru ele. Lumea s-a dovedit a fi mult mai interesantă și complexă.

Cu intanglementarea cuantică, repet, are loc un transfer instantaneu de informații, se formează o conexiune magică.

Dar cum poate fi asta?

Fizica cuantică de astăzi răspunde la această întrebare într-un mod elegant. Există o conexiune instantanee între particule, nu pentru că informațiile sunt transmise foarte rapid, ci pentru că la un nivel mai profund ele pur și simplu nu sunt separate, ci sunt încă împreună. Ele sunt în așa-numita întricare cuantică.

Adică, starea de confuzie este o astfel de stare a sistemului, în care, conform unor parametri sau valori, nu poate fi împărțită în părți separate, complet independente.

De exemplu, electronii după interacțiune pot fi separați la o distanță mare în spațiu, dar spinurile lor sunt încă împreună. Prin urmare, în timpul experimentelor, învârtirile sunt de acord instantaneu unele cu altele.

Înțelegi unde duce asta?

Cunoștințele de astăzi despre fizica cuantică modernă bazate pe teoria decoerenței se rezumă la un singur lucru.

Există o realitate mai profundă, nemanifestată. Și ceea ce observăm ca o lume clasică familiară este doar o mică parte, un caz special al unei realități cuantice mai fundamentale.

Nu conține spațiu, timp, orice parametri ai particulelor, ci doar informații despre acestea, posibilitățile potențiale de manifestare a acestora.

Acest fapt explică în mod elegant și simplu de ce se produce prăbușirea funcției de undă, considerată în articolul precedent, încurcarea cuantică și alte miracole ale microcosmosului.

Astăzi, când vorbesc despre întanglementarea cuantică, ei își amintesc de cealaltă lume.

Adică, la un nivel mai fundamental, o particulă elementară este nemanifestată. Este situat simultan în mai multe puncte din spațiu, are mai multe valori de rotiri.

Apoi, conform unor parametri, se poate manifesta în lumea noastră clasică în timpul măsurării. În experimentul discutat mai sus, două particule au deja o valoare specifică pentru coordonatele spațiului, dar spinurile lor sunt încă în realitatea cuantică, nemanifestate. Nu există spațiu și timp, așa că învârtirile particulelor sunt blocate împreună, în ciuda distanței uriașe dintre ele.

Și când ne uităm la ce spin are o particulă, adică facem o măsurătoare, scoatem un fel de spin din realitatea cuantică în lumea noastră obișnuită. Și ni se pare că particulele schimbă informații instantaneu. Doar că erau încă împreună într-un singur parametru, deși erau departe unul de celălalt. Separarea lor este de fapt o iluzie.

Toate acestea par ciudate, neobișnuite, dar acest fapt este deja confirmat de multe experimente. Calculatoarele cuantice se bazează pe încurcarea magică.

Realitatea s-a dovedit a fi mult mai complexă și interesantă.

Principiul întanglementării cuantice nu se potrivește cu viziunea noastră obișnuită asupra lumii.

Așa explică fizicianul-om de știință D.Bohm încheierea cuantică.

Să presupunem că privim peștii într-un acvariu. Dar din cauza unor restricții, putem privi nu acvariul așa cum este, ci doar proiecțiile sale, filmate de două camere în față și lateral. Adică ne uităm la pește, ne uităm la două televizoare. Peștii ni se par altfel, căci îl filmăm cu o cameră în față, cealaltă în profil. Dar, în mod miraculos, mișcările lor sunt în mod clar consistente. De îndată ce peștele de pe primul ecran se întoarce, al doilea se întoarce instantaneu și el. Suntem surprinși, fără să ne dăm seama că acesta este același pește.

Deci este într-un experiment cuantic cu două particule. Din cauza limitărilor lor, ni se pare că spin-urile a două particule care interacționau anterior sunt independente unele de altele, deoarece acum particulele sunt departe una de cealaltă. Dar în realitate sunt încă împreună, dar într-o realitate cuantică, într-o sursă non-locală. Pur și simplu nu privim realitatea așa cum este cu adevărat, ci cu o distorsiune, în cadrul fizicii clasice.

Teleportarea cuantică în termeni simpli

Când oamenii de știință au aflat despre încurcarea cuantică și despre transferul instantaneu de informații, mulți s-au întrebat: este posibilă teleportarea?

S-a dovedit a fi cu adevărat posibil.

Au fost deja multe experimente de teleportare.

Esența metodei poate fi ușor de înțeles dacă înțelegeți principiul general al încurcăturii.

Există o particulă, de exemplu, un electron A și două perechi de electroni încâlciți B și C. Electronul A și perechea B, C se află în puncte diferite din spațiu, indiferent cât de departe. Și acum să transformăm particulele A și B în întricare cuantică, adică să le combinăm. Acum C devine exact la fel cu A, deoarece starea lor generală nu se schimbă. Adică, particula A este, parcă, teleportată la particula C.

Astăzi, au fost efectuate experimente mai complexe de teleportare.

Desigur, toate experimentele sunt efectuate până acum numai cu particule elementare. Dar trebuie să recunoști, este incredibil. La urma urmei, toți suntem formați din aceleași particule, oamenii de știință spun că, teoretic, teleportarea obiectelor macro nu este diferită. Este necesar doar să rezolvi o mulțime de probleme tehnice, iar aceasta este doar o chestiune de timp. Poate că, în dezvoltarea sa, umanitatea va atinge capacitatea de a teleporta obiecte mari și chiar persoana însuși.

realitatea cuantică

Intricarea cuantică este integritate, continuitate, unitate la un nivel mai profund.

Dacă, conform unor parametri, particulele se află în întricare cuantică, atunci în conformitate cu acești parametri, pur și simplu nu pot fi împărțite în părți separate. Ele sunt interdependente. Asemenea proprietăți sunt pur și simplu fantastice din punctul de vedere al lumii familiare, dincolo, s-ar putea spune de altă lume și transcendent. Dar acesta este un fapt din care nu există nicio scăpare. Este timpul să recunoaștem asta.

Dar unde duc toate acestea?

Se pare că multe învățături spirituale ale omenirii au vorbit de mult despre această stare de lucruri.

Lumea pe care o vedem, formată din obiecte materiale, nu este baza realității, ci doar o mică parte din ea și nu cea mai importantă. Există o realitate transcendentală care stabilește, determină tot ceea ce se întâmplă cu lumea noastră și, prin urmare, nouă.

Acolo se află răspunsurile reale la întrebările eterne despre sensul vieții, adevărata dezvoltare a unei persoane, găsirea fericirii și a sănătății.

Și acestea nu sunt cuvinte goale.

Toate acestea duc la o regândire a valorilor vieții, la înțelegerea faptului că, în afară de căutarea fără sens a bogăției materiale, există ceva mai important și mai înalt. Și această realitate nu este undeva acolo, ne înconjoară peste tot, ne pătrunde, este, după cum se spune, „la îndemâna noastră”.

Dar să vorbim despre asta în articolele următoare.

Acum, vizionați un videoclip despre încrucișarea cuantică.

Trecem lin de la intricarea cuantică la teorie. Mai multe despre asta în articolul următor.