В квантовата механика заплитането е феномен, при който две или повече частици се свързват по такъв начин, че състоянието на една частица не може да бъде описано независимо от състоянието на останалите, дори когато те са разделени на големи разстояния. Това явление е обект на голям интерес поради неговата некласическа природа и приложенията му в квантовата обработка на информация.
Когато говорим за разделяне на квантовите състояния в техните суперпозиции по отношение на тензорния продукт, ние по същество обсъждаме дали е възможно да разделим частиците и да опишем техните състояния поотделно, независимо едно от друго. За да разберем тази концепция, трябва да навлезем в математическата рамка на квантовата механика и формализма на тензорния продукт.
В квантовата механика състоянието на една система се описва от комплексен вектор в хилбертово пространство. Когато две системи са заплетени, тяхното общо състояние се описва от един вектор в съставно хилбертово пространство, получено чрез вземане на тензорния продукт на отделните хилбертови пространства на системите. Математически, ако имаме две системи A и B със състояния |ψ⟩ и |φ⟩ съответно, съвместното незаплетено състояние на съставната система се дава от |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
Ключовият момент, който трябва да се отбележи тук, е, че заплетеното състояние |Ψ⟩ не може да бъде включено в отделни състояния за системи A и B. Това означава, че свойствата на отделните системи не са добре дефинирани независимо едно от друго. Заплетеното състояние показва корелации, които са по-силни от всички класически корелации и не могат да бъдат обяснени с теории за локални скрити променливи.
Сега, връщайки се към въпроса за разделянето на заплетени състояния в техните суперпозиции с помощта на тензорния продукт, важно е да разберем, че самото заплетено състояние е суперпозиция на различни състояния на отделните системи. Когато извършваме измервания на една от заплетените частици, състоянието на другата частица моментално се срива до определено състояние, дори ако двете частици са далеч една от друга. Този мигновен колапс е известен като квантова нелокалност и е отличителен белег на заплитането.
Следователно, в контекста на формализма на тензорния продукт, заплетените състояния не могат да бъдат разделени на отделни суперпозиции за съставните системи. Заплитането продължава дори когато заплетените частици са разделени и измерването на една частица влияе мигновено върху състоянието на другата частица. Тази нелокална корелация е основен аспект на заплитането и я отличава от класическите корелации.
За да илюстрираме тази концепция, помислете за известния пример на парадокса EPR (Айнщайн-Подолски-Розен), където две заплетени частици са подготвени в такова състояние, че техните завъртания са корелирани. Когато спинът на една частица се измерва в определена посока, моментално се определя спинът на другата частица, независимо от разстоянието между тях. Тази моментна корелация противоречи на класическата интуиция и подчертава нелокалния характер на заплитането.
Квантовите заплетени състояния не могат да бъдат разделени в техните суперпозиции по отношение на тензорния продукт. Заплетеното състояние на съставна система е нефакторизуемо състояние, което показва нелокални корелации между заплетените частици. Тази нелокална корелация е основна характеристика на заплитането и играе решаваща роля в различни задачи за обработка на квантова информация.
Други скорошни въпроси и отговори относно Основи на квантовата информация за EITC/QI/QIF:
- Как работи квантовата врата за отрицание (квантовата НЕ или вратата Pauli-X)?
- Защо вратата на Адамар е самообратима?
- Ако измерите 1-вия кубит на състоянието на Бел в определена база и след това измерите 2-рия кубит в база, завъртяна на определен ъгъл тита, вероятността да получите проекция към съответния вектор е равна на квадрат по синус от тита?
- Колко бита класическа информация ще са необходими, за да се опише състоянието на произволна суперпозиция на кубити?
- Колко измерения има пространство от 3 кубита?
- Измерването на кубит ще унищожи ли неговата квантова суперпозиция?
- Могат ли квантовите порти да имат повече входове, отколкото изходи, подобно на класическите порти?
- Универсалното семейство от квантови порти включва ли портата CNOT и вратата на Адамар?
- Какво е експеримент с двоен прорез?
- Завъртането на поляризационен филтър еквивалентно ли е на промяна на базата за измерване на поляризацията на фотоните?
Вижте още въпроси и отговори в EITC/QI/QIF Основи на квантовата информация