U kvantnoj mehanici, isprepletenost je pojava u kojoj se dvije ili više čestica povezuju na takav način da se stanje jedne čestice ne može opisati neovisno o stanju ostalih, čak i kada su međusobno udaljene velikim udaljenostima. Ovaj je fenomen bio predmet velikog interesa zbog svoje neklasične prirode i primjene u kvantnoj obradi informacija.
Kada govorimo o tome da su kvantna stanja odvojena u svojim superpozicijama s obzirom na tenzorski umnožak, u biti raspravljamo o tome je li moguće odvojiti čestice i opisati njihova stanja pojedinačno, neovisno jedna o drugoj. Da bismo razumjeli ovaj koncept, moramo zadubiti u matematički okvir kvantne mehanike i formalizam tenzorskog produkta.
U kvantnoj mehanici stanje sustava opisuje se kompleksnim vektorom u Hilbertovom prostoru. Kada su dva sustava isprepletena, njihovo zajedničko stanje opisuje se jednim vektorom u kompozitnom Hilbertovom prostoru dobivenom uzimanjem tenzorskog produkta pojedinačnih Hilbertovih prostora sustava. Matematički, ako imamo dva sustava A i B sa stanjima |ψ⟩ i |φ⟩ respektivno, zajedničko nezapleteno stanje kompozitnog sustava dano je s |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
Ključna točka koju ovdje treba primijetiti je da se zapetljano stanje |Ψ⟩ ne može faktorizirati u pojedinačna stanja za sustave A i B. To znači da svojstva pojedinačnih sustava nisu dobro definirana neovisno jedno o drugom. Isprepleteno stanje pokazuje korelacije koje su jače od bilo koje klasične korelacije i ne mogu se objasniti lokalnim teorijama skrivenih varijabli.
Sada, vraćajući se na pitanje odvajanja zapletenih stanja u njihovim superpozicijama pomoću tenzorskog produkta, važno je razumjeti da je samo zapleteno stanje superpozicija različitih stanja pojedinačnih sustava. Kada provodimo mjerenja na jednoj od zapetljanih čestica, stanje druge čestice trenutačno kolabira u određeno stanje, čak i ako su dvije čestice daleko jedna od druge. Ovaj trenutni kolaps poznat je kao kvantna nelokalnost i obilježje je isprepletenosti.
Stoga, u kontekstu formalizma tenzorskog proizvoda, zapletena stanja ne mogu se odvojiti u pojedinačne superpozicije za sastavne sustave. Zapetljanost postoji čak i kada su zapetljane čestice razdvojene, a mjerenje jedne čestice trenutačno utječe na stanje druge čestice. Ova nelokalna korelacija temeljni je aspekt isprepletenosti i razlikuje je od klasičnih korelacija.
Da bismo ilustrirali ovaj koncept, razmotrimo poznati primjer EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoksa, gdje su dvije isprepletene čestice pripremljene u takvom stanju da su njihovi spinovi u korelaciji. Kada se spin jedne čestice mjeri duž određenog smjera, momentalno se određuje spin druge čestice, bez obzira na udaljenost između njih. Ova trenutna korelacija prkosi klasičnoj intuiciji i naglašava nelokalnu prirodu isprepletenosti.
Kvantno zapetljana stanja ne mogu se odvojiti u svojim superpozicijama s obzirom na tenzorski produkt. Isprepleteno stanje kompozitnog sustava je stanje koje se ne može faktorizirati i koje pokazuje nelokalne korelacije između isprepletenih čestica. Ova nelokalna korelacija temeljna je značajka isprepletenosti i igra ključnu ulogu u različitim zadacima kvantne obrade informacija.
Ostala nedavna pitanja i odgovori u vezi EITC/QI/QIF Osnove kvantne informacije:
- Kako rade kvantna vrata negacije (kvantna NOT ili Pauli-X vrata)?
- Zašto su Hadamardova vrata samoreverzibilna?
- Ako izmjerite 1. qubit Bellovog stanja u određenoj bazi, a zatim izmjerite 2. qubit u bazi rotiranoj za određeni kut theta, vjerojatnost da ćete dobiti projekciju na odgovarajući vektor jednaka je kvadratu sinusa theta?
- Koliko bita klasične informacije bi bilo potrebno da se opiše stanje proizvoljne superpozicije kubita?
- Koliko dimenzija ima prostor od 3 kubita?
- Hoće li mjerenje qubita uništiti njegovu kvantnu superpoziciju?
- Mogu li kvantna vrata imati više ulaza nego izlaza slično kao i klasična vrata?
- Uključuje li univerzalna obitelj kvantnih vrata CNOT vrata i Hadamardova vrata?
- Što je eksperiment s dvostrukim prorezom?
- Je li rotiranje polarizacijskog filtra jednako promjeni osnove mjerenja polarizacije fotona?
Pogledajte više pitanja i odgovora u EITC/QI/QIF Osnovama kvantnih informacija
Još pitanja i odgovora:
- Polje: Kvantne informacije
- Program: EITC/QI/QIF Osnove kvantne informacije (idite na program certifikacije)
- Lekcija: Kvantno zapletanje (idi na povezanu lekciju)
- Tema: uplitanje (idi na srodnu temu)