Kvantu mehānikā sapīšanās ir parādība, kad divas vai vairākas daļiņas tiek savienotas tā, ka vienas daļiņas stāvokli nevar aprakstīt neatkarīgi no citu daļiņu stāvokļa, pat ja tās atdala lieli attālumi. Šī parādība ir izraisījusi lielu interesi, pateicoties tās neklasiskajam raksturam un pielietojumam kvantu informācijas apstrādē.
Kad mēs runājam par kvantu stāvokļu atdalīšanu to superpozīcijās attiecībā uz tenzoru reizinājumu, mēs būtībā apspriežam, vai ir iespējams atdalīt daļiņas un aprakstīt to stāvokļus atsevišķi, neatkarīgi vienu no otra. Lai saprastu šo jēdzienu, mums ir jāiedziļinās kvantu mehānikas matemātiskajā sistēmā un tenzora produkta formālismā.
Kvantu mehānikā sistēmas stāvokli apraksta komplekss vektors Hilberta telpā. Kad divas sistēmas ir sapinušās, to kopīgo stāvokli apraksta ar vienu vektoru saliktā Hilberta telpā, kas iegūta, ņemot sistēmu atsevišķo Hilberta telpu tenzoru reizinājumu. Matemātiski, ja mums ir divas sistēmas A un B ar attiecīgiem stāvokļiem |ψ⟩ un |φ⟩, saliktās sistēmas savienojuma nesasprindzinājuma stāvokli nosaka ar |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
Galvenais, kas šeit jāņem vērā, ir tas, ka sapinušo stāvokli |Ψ⟩ nevar iekļaut atsevišķos stāvokļos sistēmām A un B. Tas nozīmē, ka atsevišķu sistēmu īpašības nav precīzi noteiktas neatkarīgi viena no otras. Sapītajā stāvoklī ir korelācijas, kas ir spēcīgākas nekā jebkura klasiskā korelācija, un to nevar izskaidrot ar vietējām slēptajām mainīgo teorijām.
Tagad, atgriežoties pie jautājuma par sapīto stāvokļu atdalīšanu to superpozīcijās, izmantojot tenzoru reizinājumu, ir svarīgi saprast, ka pats sapinies stāvoklis ir atsevišķu sistēmu dažādu stāvokļu superpozīcija. Veicot mērījumus vienai no sapinušajām daļiņām, otras daļiņas stāvoklis acumirklī sabrūk līdz noteiktam stāvoklim, pat ja abas daļiņas atrodas tālu viena no otras. Šis momentānais sabrukums ir pazīstams kā kvantu nelokalitāte, un tas ir sapīšanās pazīme.
Tāpēc tenzora reizinājuma formālisma kontekstā sapinušies stāvokļi nevar tikt sadalīti atsevišķās komponentu sistēmu superpozīcijās. Sapīšanās saglabājas pat tad, ja sapinušās daļiņas ir atdalītas, un vienas daļiņas mērīšana uzreiz ietekmē otras daļiņas stāvokli. Šī nelokālā korelācija ir būtisks sapīšanās aspekts un atšķir to no klasiskajām korelācijām.
Lai ilustrētu šo koncepciju, apsveriet slaveno EPR (Einšteina-Podoļska-Rozena) paradoksa piemēru, kur divas sapinušās daļiņas tiek sagatavotas tādā stāvoklī, ka to spini ir korelēti. Mērot vienas daļiņas spinu noteiktā virzienā, otras daļiņas spins tiek noteikts acumirklī neatkarīgi no attāluma starp tām. Šī tūlītējā korelācija ir pretrunā klasiskajai intuīcijai un izceļ sapīšanās nelokālo raksturu.
Kvantu sapinušies stāvokļi nevar tikt atdalīti to superpozīcijās attiecībā uz tenzora reizinājumu. Saliktas sistēmas sapinies stāvoklis ir nefaktorizējams stāvoklis, kas uzrāda nelokālas korelācijas starp sapītajām daļiņām. Šī nelokālā korelācija ir sapīšanās pamatīpašība, un tai ir izšķiroša loma dažādos kvantu informācijas apstrādes uzdevumos.
Citi jaunākie jautājumi un atbildes par EITC/QI/QIF kvantu informācijas pamati:
- Kā darbojas kvantu noliegšanas vārti (quantum NOT vai Pauli-X vārti)?
- Kāpēc Hadamarda vārti ir atgriezeniski?
- Ja mēra Bell stāvokļa 1. kubitu noteiktā bāzē un pēc tam izmēra 2. kubitu bāzē, kas pagriezta par noteiktu leņķi teta, varbūtība, ka jūs iegūsit projekciju uz atbilstošo vektoru, ir vienāda ar teta sinusa kvadrātu?
- Cik klasiskās informācijas biti būtu nepieciešami, lai aprakstītu patvaļīgas kubitu superpozīcijas stāvokli?
- Cik dimensijās ir 3 kubitu telpa?
- Vai kubīta mērīšana iznīcinās tā kvantu superpozīciju?
- Vai kvantu vārtiem var būt vairāk ieejas nekā izejas līdzīgi kā klasiskajiem vārtiem?
- Vai universālajā kvantu vārtu ģimenē ietilpst CNOT vārti un Hadamada vārti?
- Kas ir eksperiments ar dubulto spraugu?
- Vai polarizācijas filtra pagriešana ir līdzvērtīga fotonu polarizācijas mērīšanas bāzes maiņai?
Skatiet vairāk jautājumu un atbilžu sadaļā EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals
Vairāk jautājumu un atbilžu:
- Lauks: Kvantu informācija
- programma: EITC/QI/QIF kvantu informācijas pamati (dodieties uz sertifikācijas programmu)
- Nodarbība: Kvantu sapīšanās (dodieties uz saistīto nodarbību)
- Tēma: Ieplūšana (dodieties uz saistīto tēmu)