Splątanie kwantowe w fizyce

Co to znaczy, gdy dwie cząsteczki są splątane

Źródło: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images

Splątanie kwantowe jest jedną z głównych zasad Fizyka kwantowa , choć jest to również bardzo źle rozumiane. Krótko mówiąc, splątanie kwantowe oznacza, że ​​wiele cząstek jest połączonych ze sobą w taki sposób, że pomiar stanu kwantowego jednej cząstki określa możliwe stany kwantowe innych cząstek. To połączenie nie zależy od położenia cząstek w przestrzeni. Nawet jeśli oddzielisz splątane cząstki o miliardy mil, zmiana jednej cząstki spowoduje zmianę w drugiej. Mimo że splątanie kwantowe wydaje się natychmiastowo przesyłać informacje, w rzeczywistości nie narusza klasycznej prędkości światła, ponieważ nie ma „ruchu” w przestrzeni.

Przykład klasycznego splątania kwantowego

Klasycznym przykładem splątania kwantowego jest Paradoks EPR . W uproszczonej wersji tego przypadku rozważmy cząstkę o spinie kwantowym 0, która rozpada się na dwie nowe cząstki, cząstkę A i cząstkę B. Cząstka A i cząstka B kierują się w przeciwnych kierunkach. Jednak pierwotna cząstka miała spin kwantowy równy 0. Każda z nowych cząstek ma spin kwantowy równy 1/2, ale ponieważ muszą się one sumować do 0, jedna to +1/2, a druga -1/2.

Ta zależność oznacza, że ​​dwie cząstki są splątane. Kiedy mierzysz spin Cząstki A, ten pomiar ma wpływ na możliwe wyniki, które można uzyskać mierząc spin Cząstki B. I nie jest to tylko interesująca teoretyczna prognoza, ale została zweryfikowana eksperymentalnie poprzez testy Twierdzenie Bella .

Jedną ważną rzeczą do zapamiętania jest to, że w fizyce kwantowej pierwotna niepewność dotycząca stanu kwantowego cząstki to nie tylko brak wiedzy. Fundamentalną właściwością teorii kwantowej jest to, że przed aktem pomiaru cząstka naprawdę nie ma stan określony, ale znajduje się w superpozycji wszystkich możliwych stanów. Najlepiej modeluje to klasyczny eksperyment myślowy fizyki kwantowej, Kot Schroedingera , gdzie podejście mechaniki kwantowej skutkuje nieobserwowanym kotem, który jest jednocześnie żywy i martwy.

Funkcja falowa Wszechświata

Jednym ze sposobów interpretacji rzeczy jest traktowanie całego wszechświata jako jednej funkcji falowej. W tej reprezentacji ta „funkcja falowa wszechświata” zawierałaby termin określający stan kwantowy każdej cząstki. To właśnie takie podejście otwiera drzwi dla twierdzeń, że „wszystko jest połączone”, co często jest manipulowane (celowo lub poprzez uczciwe zamieszanie), aby skończyć z takimi rzeczami jak błędy fizyki w Tajemnica .

Chociaż ta interpretacja oznacza, że ​​stan kwantowy każdej cząstki we wszechświecie wpływa na funkcję falową każdej innej cząstki, robi to w sposób wyłącznie matematyczny. Tak naprawdę nie ma żadnego eksperymentu, który mógłby kiedykolwiek — nawet w zasadzie — odkryć efekt w jednym miejscu ukazujący się w innym miejscu.

Praktyczne zastosowania splątania kwantowego

Chociaż splątanie kwantowe wydaje się dziwną fantastyką naukową, istnieją już praktyczne zastosowania tego pojęcia. Jest używany do komunikacji w kosmosie i kryptografii. Na przykład Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer (LADEE) NASA zademonstrował, w jaki sposób można wykorzystać splątanie kwantowe do przesyłania i pobierania informacji między statkiem kosmicznym a odbiornikiem naziemnym.

Edytowany przezdr Anne Marie Helmenstine