Спутанные Кванты

👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Спутанные Кванты
Ознакомьтесь с Условиями пребывания на сайте Форнит Игнорирование означет безусловное согласие. СОГЛАСЕН
Обсуждение Сообщений: 63. Последнее - 10.05.2009г. 16:03:57
Последнее редактирование: 2018-07-15
Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)
Об авторе: Статьи на сайте Форнит активно защищаются от безусловной веры в их истинность, и авторитетность автора не должна оказывать влияния на понимание сути. Если читатель затрудняется сам с определением корректности приводимых доводов, то у него есть возможность задать вопросы в обсуждении или в теме на форуме. Про авторство статей >> .
Чтобы быть понятым важно не только определение, но смысл, в котором это сказано, - условия применения этого определения. Основы адаптологии
В инете есть настолько много добротных статей, помогающих
выработать адекватн ые представления о "запутанных состояниях", что
остается делать наиболее подходящие выборки, строя тот уровень описания,
который кажется приемлемым для мировоззре нческого сайта.
Тема статьи: многим близка мысль, что все завораживающие
причуды запутанных состояний можно было бы объяснить так. Перемешиваем черный и
белый шары, не глядя расфасовываем в коробочки и отправляем в разные стороны.
Открываем коробочку на одной стороне, смотрим: черный шар, после чего на 100%
уверены, что в другой коробочке - белый. Вот и все :)
Цель статьи - не строгое погружение во все особенности
понимания "запутанных состояний", а составление системы общих
представлений, с пониманием главных принципов. Именно так и стоит относиться ко
всему изложенному :)
Сразу зададим определяющий контекст . Когда специалисты (а не далекие от данной специфики обсуждатели, пусть даже в чем-то ученые) говорят про спутанность квантовых объектов, то имеют в виду не то, что это образует одно целое с некоей связью, а то, что один объект становится по квантовым характеристикам точно такой-же как другой (но не всем, а тем, которые допускают идентичность в паре по закону Паули, так спин у спутанной пары не идентичен, а взаимно комплементарен). Т.е. это никакая не связь и никакой не процесс взаимодействия, пусть и может описываться общей функцией. Это – характеристика состояния, которую можно “телепортировать” от одного объекта, другому (кстати здесь тоже повально часто превратное толкование слова “телепортировать”). Если сразу не определиться в этом, то можно зайти очень далеко в мист ику. Поэтому, в первую очередь, все, кто интересуется вопросом, должны четко быть уверенны в том, что именно имеется в виду под “спутанностью”.
То, ради чего была затеяна эта статья сводится к одному
вопросу. Отличие поведения квантовых объектов от классических проявляется в единственно
известном пока методе проверки: соблюдается или нет определенное условие
проверки - неравенство Белла (ниже подробнее), которое для "запутанных"
квантовых объектов ведет себя так, как будто существует связь между посланным в
разные стороны объектами. Но связь как бы не реальная, т.к. ни информацию, ни
энерги ю передать невозможно.
Мало того, эта связь не зависит ни от расстояния, ни от
времени : если два объекта были "спутаны", то, независимо от
сохранности каждого из них, второй ведет себя так, как будто связь все же
существует (хотя наличие такой связи можно обнаружить только при измерении
обоих объектов, такое измерение можно разнести во времени: сначала измерить,
потом уничтожить один из объектов, а второй измерить позже. Например, см.
Р. Пенроуз Тени Разума ).
Понятно, что любой вид "связи" становится трудно понимаемым в этом
случае и вопрос встает так: может ли быть таким закон вероятности выпадения
измеряемого параметра (который описывается волновой функцией), чтобы на каждом
из концов неравенство не нарушалось, а при общей статистике с обоих концов -
нарушалось - и без какой-либо связи, естественно, кроме связи актом общего
возникновения.
Заранее дам ответ: да, может, при условии, что эти
вероятности - не "классические", а оперируют комплексными переменными
для описания "суперпозиции состояний" - как бы одновременного
нахождения всех возможных состояний с определенной вероятностью для каждого.
Для квантовых объектов описатель их состояния (волновая
функция) - именно таков. Если говорить об описании положения электрона, то
вероятность его нахождения определяет топологию "облака" - форму электронной
орбитали. В чем состоит различие между классикой и квантами?
Представим себе быстро вращающееся велосипедное колесо.
Где-то на нем прикреплен красный диск бокового отражателя фар, но мы видим лишь
более плотную тень размытости в этом месте. Вероятность того, что сунув палку в
колесо, отражатель остановится в определенном положении от палки просто
определяема: одна палка - одно какое-то положение. Сунем две палки, но
остановит колесо только та, которая окажется чуть раньше. Если мы будем
стараться сунуть палки совершенно одновременно , добиваясь, чтобы не было
времени между концами палки, соприкоснувшимися с колесом, то появится некоторая
неопределенность. В "не было времени" между взаимодействиями с сутью
объекта - вся суть понимания квантовых чудес :)
Скорость "вращения" того, что определяет форму
электрона (поляризации - распространения электрического возмущения) равна
предельной скорости, с которой вообще что-то может распространяться в природе
(скорости света в вакууме). Мы знаем вывод теор ии относительности: в этом
случае время для этого возмущения становится нулевым: нет ничего в природе, что
могло бы осуществиться между любыми двумя точками распространения этого
возмущения, времени для него не существует. Это значит, что возмущение способно
взаимодействовать с любыми другими влияющими на него "палками" без
затраты времени - одновременно . И вероятность того, какой результат
будет получен в конкретной точке пространства при взаимодействии, должен
вычисляться вероятностью, учитывающей этот релятиви стский эффект: Из-за того,
что для электрона нет времени, он не способен выбрать ни малейшего отличия
между двумя "палками" при взаимодействии с ними и делает это одновременно
со своей "точки зрения": электрон проходит в две щели одновременно с
разной плотностью волны в каждой и потом интерферирует между самим собой как
две наложившиеся волны.
Вот в чем различие в описаниях вероятностей в классике и
квантах: квантовые корреля ции "сильнее"
классических. Если результат выпадения монетки зависит от множества влияющих
факторов, но в целом они однозначно детерминированы так, что стоит только
сделать точный автомат для выбрасывания монеток, и они станут падать одинаково,
- случайность "исчезла". Если же сделать автомат, тыкающий в
элекронное облако, то результат определится тем, что каждый тычек будет
попадать во что-то всегда, только с разной плотностью сущности электрона в этом
месте. Других факторов, кроме статического распределения вероятности нахождения
измеряемого параметра в электроне нет и это - уже детерминизм совсем другого
рода, чем в классике. Но это - тоже детерминизм, т.е. он всегда вычисляем,
воспроизводим, только с особенностью, описываемой волновой функцией. При этом
такой квантовый детерминизм касается лишь целостного описания волны кванта. Но,
в виду отсутствия собственного времени для кванта, он взаимодействует абсолютно
случайно, т.е. нет никакого критерия заранее предсказать результат измерения
совокупности его параметров. В этом смысл е (в классическом представлении) он абсолютно
недетерминирован.
Электрон реально и в самом деле существует в виде
статического образования (а не крутящейся по орбите точки) - стоячей волны
электрического возмущения, у которой существует еще один релятиви стский эффект:
перпендикулярно основной плоскости "распространения" (понятно почему
в кавычках :) электрического поля возникает также статическая область
поляризации, которая способна влиять на такую же область другого электрона:
магнитный момент. Электрическая поляризация в электроне дает эффект
электрического заряда, его отражение в пространстве в виде возможности влияния
на другие электроны - в виде магнитного заряда, который не бывает сам по себе
без электрического. И если в электронейтральном атоме электрические заряды
скомпенсированы зарядами ядер, то магнитные могут оказаться ориентированы в
одну сторону и мы получим магнит. Более глубокие представления об этом - в
статье Вакуум,
кванты, вещество .
То, в какую сторону будет направлен магнитный момент
электрона - называется спином. Т.е. спин - проявление способа наложения волны
электрической деформации на себя с образованием стоячей волны. Числовое
значение спина соответствует характеристике наложения волны на себя. У электрона: +1/2 или
-1/2 (знак символизирует направление бокового смещения поляризации -
"магнитный" вектор).
Если на внешнем электронном слое атома есть один электрон
и вдруг к нему присоединяется еще один (образование ковалентной связи), то они,
как два магнитика, тут же встают в позицию 69, образуя спаренную конфигурацию с
энерги ей связи, которую нужно разорвать, чтобы опять разделить эти электроны. Общий
спин такой пары - 0.
Спин - тот параметр, который играет важную роль при
рассмотрении запутанных состояний. У свободно распространяющегося
электромагнитного кванта суть условного параметра "спин" все та же:
ориентация магнитной составляющей поля. Но она уже не статична и не приводит к
возникновению магнитного момента. Чтобы ее зафиксировать нужен не магнит, а
щель поляризатора.
Для затравки представлений о квантовых запутанностях предлагаю
прочесть популярную и небольшую статью Алексея Левина :
Страсть
на расстоянии . Пожалуйста, перейдите
по ссылке и прочтите до того, как продолжать :)
Итак, конкретные параметры измерения реализуются только
при измерении, а до того они существовали в виде того распределения
вероятностей, которое составляло зримую макромиром статику релятиви стких
эффектов динамики распространения поляризации микромира. Понять суть происходящего
в квантовом мире - означает проникнуться в проявления таких релятиви стких
эффектов, которые на деле придают квантовому объекту свойства быть одновременно
в разных состояниях до момента конкретного измерения.
"Запутанное состояние" это - вполне детерминированное
состояние двух частиц, обладающих настолько одинаковой зависимостью описания
квантовых свойств, что на обоих концах проявляются согласованные корреля ции, в
силу особенностей сути квантовой статики, имеющих согласованное поведение. В
отличие от макро статистики, в квантовой статистике возможно сохранение таких
корреля ций у разнесенных в пространстве и времени ранее согласованных по
параметрам объектов. Это проявляется в статистике выполнения неравенств Белла.
Чем отличается волновая функция (наше
абстрактное описание) незапутанных электронов двух атомов водорода ( при том,
что ее параметрами будут общепринятые квантовые числа)? Ничем, кроме того, что
спин неспаренного электрона случаен без нарушения неравенств Белла. В случае
образования спаренной шаровой орбитали в атоме гелия, или в ковалентных же
связях двух атомов водорода, с образованием молекулярной орбитали, обобщенной
двумя атомами, параметры двух электронов оказываются взаимно согласованными.
Если запутанные электроны расщепить, и они начинают движение в разные стороны,
то в их волновой функции появляется параметр, описывающий смещение плотности
вероятности в пространстве от времени - траекторию. И это вовсе не означает
размазанности функции в пространстве просто потому, что вероятность нахождения
объекта становится нулевой на некотором от него удалении и позади не остается
ничего, чтобы указывало на вероятность нахождения электрона. Тем более это
очевидно в случае разнесения пары во времени. Т.е. возникают два локальных и
независимых описателя, смещающихся в противоположных направлениях частиц. Хотя
все еще можно использовать один общий описатель, - право того, кто формализ ует
:)
Кроме всего, окружение частиц не может
оставаться безучастным и так же подвергается модификации: описатели волновой
функции частиц окружения изменяются и участвуют в результирующей квантовой статистике
своим влиянием (порождая такие явления как декогеренция). Но обычно почти
никому в голову не приходит описывать это общей волновой функцией, хотя и это
возможно.
Во множестве источников можно подробно
ознакомиться с этими явлениями.
" Одна из целей данной
статьи ... обосновать точку зрения, что существует формулировка квантовой
механики, в которой не возникает никаких парадоксов и в рамках которой можно
ответить на все вопросы, которые обычно задают физики. Парадоксы возникают лишь
тогда, когда исследователь не удовлетворяется этим "физическим"
уровнем теор ии, когда он ставит такие вопросы, которые в физике ставить не
принято, другими словами, — когда он берет на себя смелость попытаться выйти за
пределы физики . ... Специфические черты
квантовой механики, связанные с запутанными состояниями, впер­вые были
сформулированы в связи с ЭПР-парадоксом, однако в настоящее время они не
воспринимаются как парадоксальные. Для людей, профессионально работаю­щих с
квантовомеханическим формализ мом (т.е. для большинства физиков) нет ничего
парадоксального ни в ЭПР-парах, ни даже в очень сложных запутанных состояниях с
большим числом слагаемых и большим числом факторов в каждом слагаемом.
Результаты любых опытов с такими состояниями, в принципе, легко просчитываются
(хотя технические трудности при рас­чете сложных запутанных состояний, конечно,
возможны). "
Хотя, надо сказать, в рассуждениях о роли сознания,
осознанного выбора в квантовой механике Менский оказывается тем самым берущим
" на себя смелость попытаться выйти за пределы
физики ". Это напоминает попытки подступиться к явлениям психи ки Р. Пенроуз а .
Как квантовый профессионал Менский хорош, но в механизмах психи ки он, как и
Пенроуз - наивен.
Очень кратко и условно (только для схватывания сути) об
использовании запутанных состояний в квантовой криптографии и телепортации
(т.к. именно это поражает воображение благодарных зрителей).
Итак, криптография. Нужно передать
последовательность 1001
Используем два канала. По первому пускаем
запутанную частицу, по второму - информацию о том, как нужно интерпретировать
полученные данные в виде одного бита.
Предположим, что имеется альтернатива
возможного состояния используемого квантовомеханического параметра спин в
условных состояниях: 1 или 0. При этом вероятность их выпадений с каждой
выпущенной парой частиц - воистину случайна и не передает никакого смысл а.
Первая передача. При измерении здесь
вышло, что у частицы состояние 1. Значит у другой - 0. Чтобы на том
конце получить требуемую единицу передаем бит 1. Там мерят состояние
частицы и, чтобы узнать, что оно означает, складывают с переданной 1. Получают
1. Заодно проверяют по белу, что спутанность не была нарушена, т.е. инфа не
перехвачена.
Вторая передача. Вышло опять состояние 1. У
другой 0. Передаем инфо - 0. Складываем, получаем требуемую 0.
Третья передача. Вышло состояние здесь 0.
Там, значит - 1. Чтобы получить 0, передаем 0. Складываем, получаем 0 (в
младшем разряде).
Четвертое. Здесь - 0, там - 1, нужно чтобы
было интерпретировано как 1. Передаем инфу - 0.
Вот в таком принципе. Прехват инфо канала
бесполезен из-за совершенно некоррелируемой последовательсти (шифрование ключем
состояния первой частицы). Перехват запутанного канала - нарушает прием и
обнаруживается. Статистика передачи с обоих концов (на приемном конце имеют все
нужные данные по передаваемому концу) по Беллу определяет корректность и
неперехваченность передачи.
В этом состоит и телепортация. Никакого
произвольн ого навязывания состояния частице там не происходит, а происходит
только предсказание того, какое будет это состояние после того (и только после
того) как здесь частица будет выведена из связи измерением. И тогда говорят
типа, что произошла передача квантового состояния с разрушением
комплементарного состояния в исходной точке. Получив там инфу о состоянии
здесь, можно тем или иным способом скорректировать квантовомеханический
параметр так, чтобы он оказался идентичным такому здесь, но здесь его уже не
будет, и говорят о выполнении запрета на клонирование в связанном состоянии.
Похоже, что никакие аналоги этих явлений в макромире,
никакие шары, яблоки и т.п. от классической механики не могут послужить для интерпретации
проявления такого характера квантовых объектов (на самом деле принципиальных
препятствий этому нет, что будет показано ниже в итоговой ссылке). В этом -
главная трудность для тех, кто хочет получить зримое "объяснение".
Это не значит, что такое не представляемо, как заявляется подчас. Это значит,
что нужно довольно кропотливо поработать над релятиви стками представлениями,
которые играют определяющую роль в квантовом мире и связывают мир квантов с
макро миром.
Но и это не обязательно. Вспомним главную задачу
представления: каким должен быть закон материализации измеряемого параметра
(который описывается волновой функцией), чтобы на каждом из концов неравенство
не нарушалось, а при общей статистики с обоих концов - нарушалось. Существует
множество интерпретаций для понимания этого, использующих вспомогательные
абстракции. Они говорят об одном и том же разными языками таких абстракций. Из
них две - наиболее весомые по разделяемой среди носителей представлений
корректности. Надеюсь, что после сказанного будет понятно, что имеется в виду
:)
Копенгагенская интерпретация из статьи про парадокс
Эйнштейна — Подольского — Розена:
" (ЭПР-парадокс)
— кажущийся парадокс... В самом деле, представим себе, что на двух планетах в разных
концах Галактики есть две монетки, выпадающие всегда одинаково. Если
запротоколировать результаты всех подбрасываний, а потом сравнить их, то они
совпадут. Сами же выпадания случайны, на них никак нельзя повлиять. Нельзя,
например, договориться, что орёл — это единица, а решка — это ноль, и
передавать таким образом двоичный код. Ведь последовательность нулей и единицы
будет случайной и на том и на другом «конце провода» и не будет нести никакого
смысл а.
Получается, что парадоксу есть объяснение, логически совместимое
и с теор ией относительности, и с квантовой механикой.
Можно подумать, что это объяснение слишком неправдоподобно. Это
настолько странно, что Альберт Эйнштейн никогда не поверил в «бога, играющего в
кости». Но тщательные экспериментальные проверки неравенств Белла показали, что
в нашем мире есть-таки нелокальные случайности.
Важно подчеркнуть одно уже упомянутое следствие этой логики:
измерения над запутанными состояниями только тогда не будут нарушать теор ию
относительности и причинность, если они истинно случайны. Не должно быть
никакой связи между обстоятельствами измерения и возмущением, ни малейшей
закономерности, потому что в противном случае появилась бы возможность
мгновенной передачи информации. Таким образом, квантовая механика (в копенгагенской
интерпретации) и существование запутанных состояний доказывают наличие
индетерминизма в природе. "

В статистической интерпретации это показывается через
понятие "статистических ансамблей" (тот же источник ):
С точки
зрения статистической интерпретации, действительными объектами изучения в
квантовой механике являются не единичные микрообъекты, а статистические
ансамбли микрообъектов, находящихся в одинаковых макроусловиях. Соответственно,
фраза «частица находится в таком-то состоянии» на самом деле означает «частица
принадлежит такому-то статистическому ансамблю» (состоящему из множества
аналогичных частиц). Поэтому выбор в исходном ансамбле того или иного
подансамбля существенно меняет состояние частицы, даже если при этом не
происходило непосредственного воздействия на неё.
В
качестве простейшей иллюстрации рассмотрим следующий пример. Возьмём 1000
окрашенных монет и броси
Порно Леди Босс Лесби
Молодая пышечка разминает бритую киску
Порно Фото Старый Пердун