Ngatërrimi kuantik në terma të thjeshtë. Marrja e gjendjeve kuantike të ngatërruara

ngatërresa kuantike

ngatërresa kuantike (ngatërrim) (eng. Entanglement) - një fenomen mekanik kuantik në të cilin gjendja kuantike e dy ose më shumë objekteve duhet të përshkruhet në raport me njëri-tjetrin, edhe nëse objektet individuale janë të ndara në hapësirë. Si rezultat, lindin korrelacione midis vetive fizike të vëzhguara të objekteve. Për shembull, është e mundur të përgatiten dy grimca që janë në të njëjtën gjendje kuantike në mënyrë që kur një grimcë vërehet në një gjendje me rrotullim lart, rrotullimi i tjetrës të jetë poshtë dhe anasjelltas, dhe kjo pavarësisht nga fakti se , sipas mekanikës kuantike, parashikoni se cilat drejtime merren në të vërtetë sa herë që është e pamundur. Me fjalë të tjera, duket se matjet e marra në një sistem kanë një efekt të menjëhershëm në atë të ngatërruar me të. Megjithatë, ajo që nënkuptohet me informacion në kuptimin klasik ende nuk mund të transmetohet përmes ngatërresës më shpejt se me shpejtësinë e dritës.
Më parë, termi origjinal "ngatërrim" ishte përkthyer në kuptimin e kundërt - si ngatërrim, por kuptimi i fjalës është të ruash një lidhje edhe pas një biografie komplekse të një grimce kuantike. Pra, në prani të një lidhjeje midis dy grimcave në një mbështjellje të një sistemi fizik, duke "tërhequr" njërën grimcë, ishte e mundur të përcaktohet tjetra.

Ngatërrimi kuantik është baza e teknologjive të ardhshme si kompjuteri kuantik dhe kriptografia kuantike, dhe është përdorur gjithashtu në eksperimentet e teleportimit kuantik. Në aspektin teorik dhe filozofik, ky fenomen është një nga vetitë më revolucionare të teorisë kuantike, pasi mund të shihet se korrelacionet e parashikuara nga mekanika kuantike janë plotësisht të papajtueshme me nocionet e lokalitetit në dukje të qartë të botës reale, në të cilën informacioni për gjendjen e sistemit mund të transmetohet vetëm përmes mjedisit të tij të afërt. Pikëpamjet e ndryshme të asaj që ndodh në të vërtetë gjatë procesit të ngatërresës mekanike kuantike çojnë në interpretime të ndryshme të mekanikës kuantike.

Sfondi

Në vitin 1935, Ajnshtajni, Podolski dhe Rosen formuluan paradoksin e famshëm Ajnshtajn-Podolski-Rosen, i cili tregoi se mekanika kuantike bëhet një teori jolokale për shkak të lidhjes. Ne e dimë se si Ajnshtajni tallte lidhjen, duke e quajtur atë "veprim makthi në distancë. Natyrisht, lidhja jo-lokale hodhi poshtë postulatin e TO për shpejtësinë kufizuese të dritës (transmetimi i sinjalit).

Nga ana tjetër, mekanika kuantike ka qenë e shkëlqyer në parashikimin e rezultateve eksperimentale dhe në fakt janë vërejtur edhe korrelacione të forta për shkak të fenomenit të ngatërrimit. Ekziston një mënyrë që duket të jetë e suksesshme në shpjegimin e ngatërresës kuantike, një qasje e "teorisë së variablave të fshehura" në të cilën parametra mikroskopikë të caktuar por të panjohur janë përgjegjës për korrelacionet. Sidoqoftë, në vitin 1964, J.S. Bell tregoi se ende nuk do të ishte e mundur të ndërtohet një teori lokale "e mirë" në këtë mënyrë, domethënë, ngatërrimi i parashikuar nga mekanika kuantike mund të dallohet eksperimentalisht nga rezultatet e parashikuara nga një klasë e gjerë teorish. me parametra të fshehur lokalë. Rezultatet e eksperimenteve të mëvonshme dhanë konfirmim mahnitës të mekanikës kuantike. Disa kontrolle tregojnë se ka një sërë pengesash në këto eksperimente, por përgjithësisht pranohet se ato nuk janë të rëndësishme.

Lidhshmëria ka një lidhje interesante me parimin e relativitetit, i cili thotë se informacioni nuk mund të udhëtojë nga një vend në tjetrin më shpejt se shpejtësia e dritës. Edhe pse dy sisteme mund të ndahen nga një distancë e madhe dhe ende të ngatërrohen, është e pamundur të transmetohet informacion i dobishëm përmes lidhjes së tyre, kështu që shkakësia nuk cenohet për shkak të ngatërrimit. Kjo ndodh për dy arsye:
1. rezultatet e matjeve në mekanikën kuantike janë në thelb probabiliste;
2. Teorema e klonimit të gjendjes kuantike ndalon verifikimin statistikor të gjendjeve të ngatërruara.

Shkaqet e ndikimit të grimcave

Në botën tonë, ekzistojnë gjendje të veçanta të disa grimcave kuantike - gjendje të ngatërruara në të cilat vërehen korrelacione kuantike (në përgjithësi, korrelacioni është një marrëdhënie midis ngjarjeve mbi nivelin e rastësive të rastësishme). Këto korrelacione mund të zbulohen eksperimentalisht, gjë që u bë për herë të parë më shumë se njëzet vjet më parë dhe tani përdoret në mënyrë rutinore në një sërë eksperimentesh. Në botën klasike (domethënë jokuantike), ekzistojnë dy lloje korrelacionesh - kur një ngjarje është shkaku i një tjetre, ose kur të dyja kanë një shkak të përbashkët. Një lloj i tretë i korrelacionit lind në teorinë kuantike, i lidhur me vetitë jolokale të gjendjeve të ngatërruara të disa grimcave. Ky lloj i tretë i korrelacionit është i vështirë të imagjinohet duke përdorur analogji të njohura shtëpiake. Apo ndoshta këto korrelacione kuantike janë rezultat i ndonjë ndërveprimi të ri, deri tani të panjohur, për shkak të të cilit grimcat e ngatërruara (dhe vetëm ato!) ndikojnë njëra-tjetrën?

Menjëherë ia vlen të theksohet "anormaliteti" i një ndërveprimi të tillë hipotetik. Korrelacionet kuantike vërehen edhe nëse zbulimi i dy grimcave të ndara nga një distancë e madhe ndodh njëkohësisht (brenda kufijve të gabimeve eksperimentale). Kjo do të thotë që nëse një ndërveprim i tillë ndodh, atëherë ai duhet të përhapet në kuadrin laboratorik të referencës jashtëzakonisht shpejt, me shpejtësi superluminale. Dhe nga kjo rrjedh pashmangshmërisht se në kornizat e tjera të referencës ky ndërveprim do të jetë përgjithësisht i menjëhershëm dhe madje do të veprojë nga e ardhmja në të kaluarën (edhe pse pa shkelur parimin e shkakësisë).

Thelbi i eksperimentit

Gjeometria e eksperimentit. Çiftet e fotoneve të ngatërruara u krijuan në Gjenevë, më pas fotonet u dërguan përgjatë kabllove me fibra optike me të njëjtën gjatësi (të shënuara me të kuqe) në dy marrës (të shënuar me shkronjat APD) 18 km larg njëri-tjetrit. Imazhi nga artikulli në fjalë në Nature

Ideja e eksperimentit është si vijon: ne krijojmë dy fotone të ngatërruar dhe i dërgojmë në dy detektorë sa më larg njëri-tjetrit (në eksperimentin e përshkruar, distanca midis dy detektorëve ishte 18 km). Në këtë rast, rrugët e fotoneve drejt detektorëve i bëjmë sa më identike, në mënyrë që momentet e zbulimit të tyre të jenë sa më afër. Në këtë punë, momentet e zbulimit përkonin me një saktësi prej afërsisht 0.3 nanosekonda. Korrelacionet kuantike u vëzhguan ende në këto kushte. Pra, nëse supozojmë se ato "punojnë" për shkak të ndërveprimit të përshkruar më sipër, atëherë shpejtësia e tij duhet të kalojë shpejtësinë e dritës me njëqind mijë herë.
Një eksperiment i tillë, në fakt, është kryer nga i njëjti grup më parë. Risia e kësaj pune është vetëm se eksperimenti zgjati shumë. Korrelacionet kuantike u vëzhguan vazhdimisht dhe nuk u zhdukën në asnjë moment të ditës.
Pse është e rëndësishme? Nëse një ndërveprim hipotetik kryhet nga ndonjë medium, atëherë ky medium do të ketë një kornizë të dallueshme referimi. Për shkak të rrotullimit të Tokës, korniza e referencës laboratorike lëviz në lidhje me këtë kornizë referimi me shpejtësi të ndryshme. Kjo do të thotë se intervali kohor midis dy ngjarjeve të zbulimit të dy fotoneve do të jetë i ndryshëm për këtë medium gjatë gjithë kohës, në varësi të kohës së ditës. Në veçanti, do të ketë një moment kur këto dy ngjarje për këtë mjedis do të duken të njëkohshme. (Këtu, meqë ra fjala, përdoret fakti nga teoria e relativitetit se dy ngjarje të njëkohshme do të jenë të njëkohshme në të gjitha kornizat inerciale të referencës duke lëvizur pingul me vijën që i lidh ato).

Nëse korrelacionet kuantike kryhen për shkak të ndërveprimit hipotetik të përshkruar më sipër, dhe nëse shpejtësia e këtij ndërveprimi është e fundme (edhe nëse është arbitrarisht e madhe), atëherë në këtë moment korrelacionet do të zhdukeshin. Prandaj, vëzhgimi i vazhdueshëm i korrelacioneve gjatë ditës do ta mbyllte plotësisht këtë mundësi. Dhe përsëritja e një eksperimenti të tillë në periudha të ndryshme të vitit do ta mbyllte këtë hipotezë edhe me ndërveprim pafundësisht të shpejtë në kornizën e tij të zgjedhur të referencës.

Fatkeqësisht, kjo nuk u arrit për shkak të papërsosmërisë së eksperimentit. Në këtë eksperiment, për të thënë se korrelacionet janë vërejtur në të vërtetë, kërkohet të grumbullohet sinjali për disa minuta. Zhdukja e korrelacioneve, për shembull, për 1 sekondë, ky eksperiment nuk mund të vinte re. Kjo është arsyeja pse autorët nuk ishin në gjendje të mbyllnin plotësisht ndërveprimin hipotetik, por morën vetëm një kufi në shpejtësinë e përhapjes së tij në kornizën e tyre të zgjedhur të referencës, gjë që, natyrisht, zvogëlon shumë vlerën e rezultatit të marrë.

Ndoshta...?

Lexuesi mund të pyesë: nëse, megjithatë, realizohet mundësia hipotetike e përshkruar më sipër, por eksperimenti thjesht e anashkaloi atë për shkak të papërsosmërisë së tij, a do të thotë kjo se teoria e relativitetit është e pasaktë? A mund të përdoret ky efekt për transmetimin superluminal të informacionit apo edhe për lëvizjen në hapësirë?

Nr. Ndërveprimi hipotetik i përshkruar më sipër nga ndërtimi i shërben qëllimit të vetëm - këto janë "ingranazhet" që i bëjnë korrelacionet kuantike "të funksionojnë". Por tashmë është vërtetuar se me ndihmën e korrelacioneve kuantike është e pamundur të transmetohet informacioni më shpejt se shpejtësia e dritës. Prandaj, cilido qoftë mekanizmi i korrelacioneve kuantike, ai nuk mund të shkelë teorinë e relativitetit.
© Igor Ivanov

Shihni fushat e rrotullimit.
Bazat e botës delikate - fushat e vakumit fizik dhe rrotullimit. 4. TRUP MENDOR.
ADN-ja dhe FJALA janë të gjalla dhe të vdekura.
ngatërresa kuantike.
Teoria kuantike dhe telepatia.
Shërimi me fuqinë e mendimit.
Sugjerim dhe Vetë-Sugjerim.
trajtim mendor.
riprogramimi nënndërgjegjeshëm.

Ngatërrimi kuantik, ose "veprim drithërues në distancë" siç e quajti Albert Einstein, është një fenomen mekanik kuantik në të cilin gjendjet kuantike të dy ose më shumë objekteve bëhen të ndërvarura. Kjo varësi ruhet edhe nëse objektet largohen nga njëri-tjetri për shumë kilometra. Për shembull, mund të ngatërroni një palë fotone, ta çoni njërën prej tyre në një galaktikë tjetër dhe më pas të matni rrotullimin e fotonit të dytë - dhe do të jetë e kundërta me rrotullimin e fotonit të parë dhe anasjelltas. Ata po përpiqen të përshtatin ngatërrimin kuantik për transmetimin e menjëhershëm të të dhënave në distanca gjigante, apo edhe për teleportim.

Kompjuterët modernë ofrojnë mjaft mundësi për modelimin e një sërë situatash. Sidoqoftë, çdo llogaritje do të jetë "lineare" deri në një farë mase, pasi ato u binden algoritmeve të mirëpërcaktuara dhe nuk mund të devijojnë prej tyre. Dhe ky sistem nuk lejon simulimin e mekanizmave kompleksë në të cilët rastësia është një fenomen pothuajse konstant. Ky është një simulim i jetës. Dhe çfarë pajisje mund ta lejojë atë të prodhojë? Kompjuter kuantik! Pikërisht në një nga këto makina u lançua projekti më i madh për të simuluar jetën kuantike.

Përkthimi

Ngatërrimi kuantik është një nga konceptet më komplekse në shkencë, por parimet e tij themelore janë të thjeshta. Dhe nëse e kuptoni, ngatërrimi hap rrugën për një kuptim më të mirë të koncepteve të tilla si shumë botë në teorinë kuantike.

Një atmosferë magjepsëse e misterit rrethon nocionin e ngatërresës kuantike dhe pretendimin (disi) të lidhur me teorinë kuantike se duhet të ketë "shumë botë". E megjithatë, në thelbin e tyre, këto janë ide shkencore me një kuptim të zakonshëm dhe aplikime specifike. Do të doja t'i shpjegoja konceptet e ngatërresës dhe shumë botëve aq thjesht dhe qartë sa i njoh vetë.

I

Ngatërrimi mendohet të jetë një fenomen unik për mekanikën kuantike - por nuk është ashtu. Në fakt, do të ishte më e kuptueshme (megjithëse një qasje e pazakontë) të fillonim me një version të thjeshtë, jo kuantik (klasik) të ngatërresës. Kjo do të na lejojë të ndajmë hollësitë që lidhen me vetë ndërthurjen nga çuditshmëritë e tjera të teorisë kuantike.

Ngatërrimi shfaqet në situatat në të cilat kemi informacion të pjesshëm për gjendjen e dy sistemeve. Për shembull, dy objekte mund të bëhen sistemet tona - le t'i quajmë kaon. "K" do të tregojë objekte "klasike". Por nëse vërtet dëshironi të imagjinoni diçka konkrete dhe të këndshme, imagjinoni që këto janë ëmbëlsira.

Kaonët tanë do të kenë dy forma, katrore ose të rrumbullakëta, dhe këto forma do të tregojnë gjendjet e tyre të mundshme. Atëherë katër gjendjet e mundshme të përbashkëta të dy kaonëve do të jenë: (katror, katror), (katror, rreth), (rreth, katror), (rreth, rreth). Tabela tregon probabilitetin që sistemi të jetë në një nga katër gjendjet e listuara.

Ne do të themi se kaonët janë "të pavarur" nëse njohuritë për gjendjen e njërit prej tyre nuk na japin informacion për gjendjen e tjetrit. Dhe kjo tabelë ka një pronë të tillë. Nëse kaoni (torta) i parë është katror, ne ende nuk e dimë formën e të dytit. Anasjelltas, forma e të dytës nuk na tregon asgjë për formën e të parit.

Nga ana tjetër, themi se dy kaone ngatërrohen nëse informacioni për njërin përmirëson njohuritë tona për tjetrin. Tableti i dytë do të na tregojë një ngatërresë të fortë. Në këtë rast, nëse kaoni i parë është i rrumbullakët, do të dimë se edhe i dyti është i rrumbullakët. Dhe nëse kaoni i parë është katror, atëherë i dyti do të jetë i njëjtë. Duke ditur formën e njërës, ne mund të përcaktojmë në mënyrë unike formën e tjetrës.

Versioni kuantik i ngatërrimit duket, në fakt, i njëjtë - është mungesë pavarësie. Në teorinë kuantike, gjendjet përshkruhen nga objekte matematikore të quajtura funksione valore. Rregullat që kombinojnë funksionet valore me mundësitë fizike krijojnë kompleksitete shumë interesante, të cilat do t'i diskutojmë më vonë, por koncepti bazë i njohurive të ndërthurura që demonstruam për rastin klasik mbetet i njëjtë.

Megjithëse ëmbëlsira nuk mund të konsiderohen sisteme kuantike, ngatërrimi në sistemet kuantike ndodh natyrshëm - për shembull, pas përplasjeve të grimcave. Në praktikë, gjendjet e pangatërruara (të pavarura) mund të konsiderohen përjashtime të rralla, pasi korrelacionet lindin midis tyre gjatë ndërveprimit të sistemeve.

Konsideroni, për shembull, molekulat. Ato përbëhen nga nënsisteme - konkretisht, elektrone dhe bërthama. Gjendja minimale energjetike e një molekule, në të cilën ajo zakonisht ndodhet, është një gjendje shumë e ngatërruar e elektroneve dhe e një bërthame, pasi rregullimi i këtyre grimcave përbërëse nuk do të jetë aspak i pavarur. Kur bërthama lëviz, elektroni lëviz me të.

Le të kthehemi te shembulli ynë. Nëse shkruajmë Φ■, Φ● si funksione valore që përshkruajnë sistemin 1 në gjendjet e tij katrore ose të rrumbullakëta dhe ψ■, ψ● për funksionet valore që përshkruajnë sistemin 2 në gjendjet e tij katrore ose të rrumbullakëta, atëherë në shembullin tonë të punës, të gjitha gjendjet mund të përshkruhen. , Si:

I pavarur: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

E ngatërruar: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

Versioni i pavarur mund të shkruhet gjithashtu si:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Vini re se si në rastin e fundit kllapat ndajnë qartë sistemin e parë dhe të dytë në pjesë të pavarura.

Ka shumë mënyra për të krijuar shtete të ngatërruara. Njëra është matja e sistemit të përbërë që ju jep informacion të pjesshëm. Është e mundur të dihet, për shembull, se dy sisteme kanë rënë dakord të jenë të së njëjtës formë pa e ditur se cilën formë kanë zgjedhur. Ky koncept do të bëhet i rëndësishëm pak më vonë.

Pasojat më karakteristike të ndërthurjes kuantike, të tilla si efektet Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) dhe Greenberg-Horn-Seilinger (GHZ), lindin nga ndërveprimi i tij me një veçori tjetër të teorisë kuantike të quajtur "parimi i komplementaritetit". Për të diskutuar EPR dhe GHZ, më lejoni së pari t'ju prezantoj me këtë parim.

Deri në këtë pikë, ne kemi imagjinuar se kaonët vijnë në dy forma (katrore dhe të rrumbullakëta). Tani imagjinoni se ato gjithashtu vijnë në dy ngjyra - e kuqe dhe blu. Duke marrë parasysh sistemet klasike si ëmbëlsirat, kjo veti shtesë do të thotë se kaoni mund të ekzistojë në një nga katër gjendjet e mundshme: katrori i kuq, rrethi i kuq, katrori blu dhe rrethi blu.

Por ëmbëlsirat kuantike janë ëmbëlsira kuantike... Ose kuantonë... Ata sillen krejt ndryshe. Fakti që një kuanton në disa situata mund të ketë një formë dhe ngjyrë të ndryshme nuk do të thotë domosdoshmërisht se ai ka njëkohësisht një formë dhe një ngjyrë. Në fakt, sensi i përbashkët që Ajnshtajni kërkoi nga realiteti fizik nuk përputhet me faktet eksperimentale, siç do të shohim së shpejti.

Ne mund të masim formën e një kuantoni, por duke bërë këtë ne humbasim të gjithë informacionin rreth ngjyrës së tij. Ose mund të matim një ngjyrë, por të humbasim informacionin për formën e saj. Sipas teorisë kuantike, ne nuk mund të masim njëkohësisht formën dhe ngjyrën. Pikëpamja e askujt për realitetin kuantik nuk është e plotë; duhet të merren parasysh shumë fotografi të ndryshme dhe reciprokisht ekskluzive, secila prej të cilave ka idenë e saj jo të plotë të asaj që po ndodh. Ky është thelbi i parimit të komplementaritetit, siç është formuluar nga Niels Bohr.

Si rezultat, teoria kuantike na detyron të jemi të kujdesshëm në atribuimin e vetive të realitetit fizik. Për të shmangur mosmarrëveshjet, duhet të pranohet se:

Nuk ka pasuri nëse nuk është matur.
Matja është një proces aktiv që ndryshon sistemin që matet

II

Ne përshkruajmë tani dy ilustrime shembullore, por jo klasike, të çuditshmërive të teorisë kuantike. Të dyja janë testuar në eksperimente rigoroze (në eksperimente reale, njerëzit matin jo format dhe ngjyrat e ëmbëlsirave, por momentin këndor të elektroneve).

Albert Einstein, Boris Podolsky dhe Nathan Rosen (EPR) përshkruan efektin e mahnitshëm që ndodh kur dy sisteme kuantike ngatërrohen. Efekti EPR kombinon një formë të veçantë, të arritshme eksperimentalisht të ngatërrimit kuantik me parimin e komplementaritetit.

Një çift EPR përbëhet nga dy kuanton, secila prej të cilave mund të matet në formë ose ngjyrë (por jo të dyja). Supozoni se kemi shumë çifte të tilla, të gjitha janë të njëjta dhe ne mund të zgjedhim se cilat matje do t'i marrim përbërësit e tyre. Nëse matim formën e njërit prej anëtarëve të çiftit EPR, ka të njëjtat gjasa të marrim një katror ose një rreth. Nëse matim ngjyrën, atëherë me të njëjtën probabilitet marrim të kuqe ose blu.

Efektet interesante që dukeshin paradoksale për EPR lindin kur matim të dy anëtarët e çiftit. Kur matim ngjyrën e të dy anëtarëve, ose formën e tyre, zbulojmë se rezultatet gjithmonë përputhen. Kjo do të thotë, nëse zbulojmë se njëra prej tyre është e kuqe dhe më pas matim ngjyrën e të dytës, gjejmë gjithashtu se është e kuqe - e kështu me radhë. Nga ana tjetër, nëse masim formën e njërës dhe ngjyrën e tjetrës, nuk vërehet asnjë korrelacion. Kjo do të thotë, nëse i pari ishte një katror, atëherë i dyti me të njëjtën probabilitet mund të jetë blu ose i kuq.

Sipas teorisë kuantike, ne do të marrim rezultate të tilla edhe nëse të dy sistemet ndahen nga një distancë e madhe dhe matjet bëhen pothuajse njëkohësisht. Zgjedhja e llojit të matjes në një vend duket se ndikon në gjendjen e sistemit diku tjetër. Ky “veprim i frikshëm në distancë”, siç e quajti Ajnshtajni, duket se kërkon transmetimin e informacionit – në rastin tonë, informacion rreth matjes së marrë – me një shpejtësi më të madhe se shpejtësia e dritës.

Por a është ajo? Derisa të di se çfarë rezultati keni marrë, nuk e di se çfarë të pres. Unë marr informacione të dobishme kur marr rezultatin tuaj, jo kur bëni një matje. Dhe çdo mesazh që përmban rezultatin që keni marrë duhet të transmetohet në një mënyrë fizike, më të ngadaltë se shpejtësia e dritës.

Me studime të mëtejshme, paradoksi shkatërrohet edhe më shumë. Le të shqyrtojmë gjendjen e sistemit të dytë, nëse matja e të parit dha një ngjyrë të kuqe. Nëse vendosim të masim ngjyrën e kuantonit të dytë, marrim të kuqe. Por sipas parimit të komplementaritetit, nëse vendosim të masim formën e tij kur është në gjendjen "e kuqe", do të kemi një shans të barabartë për të marrë një katror ose një rreth. Prandaj, rezultati i EPR është logjikisht i paracaktuar. Ky është vetëm një ritregim i parimit të komplementaritetit.

Nuk ka asnjë paradoks në faktin që ngjarjet e largëta janë të ndërlidhura. Në fund të fundit, nëse vendosim njërën nga dy dorezat nga një palë në kuti dhe i dërgojmë në pjesë të ndryshme të planetit, nuk është për t'u habitur që duke parë në njërën kuti, mund të përcaktoj se për cilën dorë është menduar doreza tjetër. Po kështu, në të gjitha rastet, korrelacioni i çifteve EPR duhet të fiksohet në to kur janë afër, në mënyrë që të përballojnë ndarjen e mëvonshme sikur të kishin kujtesë. Çudia e paradoksit EPR nuk është në mundësinë e vetë korrelacionit, por në mundësinë e ruajtjes së tij në formën e shtesave.

III

Daniel Greenberger, Michael Horn dhe Anton Zeilinger zbuluan një shembull tjetër të shkëlqyeshëm të ndërthurjes kuantike. Ai përfshin tre nga kuantonet tona, të cilat janë në një gjendje të ngatërruar të përgatitur posaçërisht (gjendja GHZ). Ne ua shpërndajmë secilin prej tyre eksperimentuesve të ndryshëm në distancë. Secili zgjedh, në mënyrë të pavarur dhe rastësisht, nëse do të masë një ngjyrë apo një formë dhe regjistron rezultatin. Eksperimenti përsëritet shumë herë, por gjithmonë me tre kuanton në gjendjen GHZ.

Çdo eksperimentues individual merr rezultate të rastësishme. Duke matur formën e kuantonit, ai merr një katror ose një rreth me probabilitet të barabartë; duke matur ngjyrën e kuantonit, ai merr të kuqe ose blu me probabilitet të barabartë. Ndërsa gjithçka është normale.

Por kur eksperimentuesit mblidhen dhe krahasojnë rezultatet, analiza zbulon një rezultat befasues. Le të themi se ne e quajmë një formë katrore dhe ngjyrë të kuqe "të mirë", dhe rrathë dhe ngjyrë blu - "e keqe". Eksperimentuesit zbulojnë se nëse dy prej tyre vendosin të masin formën dhe i treti zgjedh ngjyrën, atëherë ose 0 ose 2 matje janë "të këqija" (d.m.th., të rrumbullakëta ose blu). Por nëse të tre vendosin të masin ngjyrën, atëherë ose 1 ose 3 matje janë të këqija. Mekanika kuantike e parashikon këtë, dhe kjo është pikërisht ajo që ndodh.

Pyetje: Sasia e së keqes është çift apo tek? Të dyja mundësitë realizohen në dimensione të ndryshme. Ne duhet ta heqim këtë çështje. Nuk ka kuptim të flasim për sasinë e së keqes në një sistem pa marrë parasysh se si matet. Dhe kjo çon në kontradikta.

Efekti GHZ, siç e përshkruan fizikani Sidney Colman, është "një shuplakë përballë mekanikës kuantike". Ai thyen pritshmërinë e zakonshme dhe të mësuar se sistemet fizike kanë veti të paracaktuara të pavarura nga matja e tyre. Nëse do të ishte kështu, atëherë balanca e së mirës dhe së keqes nuk do të varej nga zgjedhja e llojeve të matjes. Pasi të pranoni ekzistencën e efektit GHZ, nuk do ta harroni atë dhe horizontet tuaja do të zgjerohen.

IV

Tani për tani, ne po flasim se si ngatërrimi na pengon të caktojmë shtete unike të pavarura në kuanton të shumtë. I njëjti arsyetim vlen për ndryshimet në një kuanton që ndodhin me kalimin e kohës.

Po flasim për "histori të ngatërruara" kur është e pamundur t'i caktohet një gjendje e caktuar sistemit në çdo moment të kohës. Ashtu siç përjashtojmë mundësitë në ndërthurjen tradicionale, ne gjithashtu mund të krijojmë histori të ngatërruara duke bërë matje që mbledhin informacion të pjesshëm për ngjarjet e së kaluarës. Në tregimet më të thjeshta të ngatërruara, ne kemi një kuanton që e studiojmë në dy pika të ndryshme në kohë. Mund të imagjinojmë një situatë ku përcaktojmë se forma e kuantonit tonë ishte katror të dyja herët, ose të rrumbullakëta të dyja herët, por të dyja situatat mbeten të mundshme. Kjo është një analogji kuantike kohore me variantet më të thjeshta të ndërthurjes të përshkruara më parë.

Duke përdorur një protokoll më kompleks, ne mund të shtojmë pak shtesë në këtë sistem dhe të përshkruajmë situata që shkaktojnë vetinë e "shumë botëve" të teorisë kuantike. Kuantoni ynë mund të përgatitet në gjendjen e kuqe, dhe më pas të matet dhe të merret me ngjyrë blu. Dhe si në shembujt e mëparshëm, ne nuk mund t'i caktojmë përgjithmonë kuantonit vetinë e ngjyrës në intervalin midis dy dimensioneve; nuk ka një formë të caktuar. Tregime të tilla realizojnë, në një mënyrë të kufizuar, por plotësisht të kontrolluar dhe të saktë, intuitën e natyrshme në tablonë e shumë botëve në mekanikën kuantike. Një shtet i caktuar mund të ndahet në dy trajektore historike kontradiktore, të cilat më pas rilidhen.

Erwin Schrödinger, themeluesi i teorisë kuantike, i cili ishte skeptik për korrektësinë e saj, theksoi se evolucioni i sistemeve kuantike çon natyrshëm në gjendje, matja e të cilave mund të japë rezultate jashtëzakonisht të ndryshme. Eksperimenti i tij i mendimit me "Macja e Schrödinger" postulon, siç e dini, pasigurinë kuantike, të sjellë në nivelin e ndikimit në vdekshmërinë e maces. Para matjes, është e pamundur t'i caktoni pronën e jetës (ose vdekjes) një mace. Të dyja, ose asnjëra, ekzistojnë së bashku në një botë të botës tjetër të mundësive.

Gjuha e përditshme është e papërshtatshme për të shpjeguar komplementaritetin kuantik, pjesërisht sepse përvoja e përditshme nuk e përfshin atë. Macet praktike ndërveprojnë me molekulat e ajrit përreth, dhe objektet e tjera, në mënyra krejtësisht të ndryshme, varësisht nëse janë të gjalla apo të vdekura, kështu që në praktikë matja është automatike dhe macja vazhdon të jetojë (ose jo). Por historitë përshkruajnë kuantonet, të cilat janë kotele të Shrodingerit, me ndërlikim. Përshkrimi i plotë i tyre kërkon që të marrim në konsideratë dy trajektore pronash që përjashtojnë njëra-tjetrën.

Realizimi i kontrolluar eksperimental i historive të ngatërruara është një gjë delikate, pasi kërkon mbledhjen e informacionit të pjesshëm rreth kuantoneve. Matjet kuantike konvencionale zakonisht mbledhin të gjithë informacionin menjëherë - për shembull, përcaktoni formën e saktë ose ngjyrën e saktë - në vend që të merrni informacion të pjesshëm disa herë. Por kjo mund të bëhet, megjithëse me vështirësi ekstreme teknike. Në këtë mënyrë, ne mund t'i caktojmë një kuptim të caktuar matematikor dhe eksperimental përhapjes së konceptit "shumë botë" në teorinë kuantike dhe të demonstrojmë realitetin e tij.

Nëse ende nuk jeni goditur nga mrekullitë e fizikës kuantike, atëherë pas këtij artikulli mendimi juaj me siguri do të kthehet përmbys. Sot do t'ju tregoj se çfarë është ngatërrimi kuantik, por me fjalë të thjeshta, në mënyrë që kushdo ta kuptojë se çfarë është.

Ngatërrimi si një lidhje magjike

Pasi u zbuluan efektet e pazakonta që ndodhin në mikrokozmos, shkencëtarët arritën në një supozim teorik interesant. Ai ndoqi pikërisht nga themelet e teorisë kuantike.

Në të kaluarën, kam folur për mënyrën se si elektroni sillet shumë çuditërisht.

Por ngatërrimi i grimcave kuantike, elementare përgjithësisht kundërshton çdo sens të përbashkët, shkon përtej çdo kuptimi.

Nëse ata ndërveprojnë me njëri-tjetrin, atëherë pas ndarjes, mbetet një lidhje magjike midis tyre, edhe nëse ato ndahen nga ndonjë distancë, arbitrarisht e madhe.

Magjike në kuptimin që informacioni mes tyre transmetohet në çast.

Siç dihet nga mekanika kuantike, një grimcë para matjes është në një mbivendosje, domethënë ka disa parametra menjëherë, është e paqartë në hapësirë dhe nuk ka një vlerë të saktë rrotullimi. Nëse një matje bëhet në njërën nga një palë grimcash që ndërveprojnë më parë, domethënë funksioni i valës shembet, atëherë i dyti menjëherë i përgjigjet kësaj matjeje. Nuk ka rëndësi se sa larg janë. Fantazi, apo jo.

Siç dihet nga teoria e relativitetit të Ajnshtajnit, asgjë nuk mund të kalojë shpejtësinë e dritës. Në mënyrë që informacioni të arrijë nga një grimcë në të dytën, është e nevojshme të paktën të shpenzohet koha që i duhet dritës për të udhëtuar. Por një grimcë reagon menjëherë ndaj matjes së së dytës. Informacioni me shpejtësinë e dritës do t'i kishte arritur më vonë. E gjithë kjo nuk përshtatet në sensin e përbashkët.

Nëse ndajmë një çift grimcash elementare me parametër zero të përbashkët të rrotullimit, atëherë njëra duhet të ketë një spin negativ dhe tjetri pozitiv. Por përpara matjes, vlera e rrotullimit është në mbivendosje. Sapo matëm spinin e grimcës së parë, pamë se ajo ka një vlerë pozitive, kështu që menjëherë e dyta fiton një spin negativ. Nëse, përkundrazi, grimca e parë fiton një vlerë negative të rrotullimit, atëherë e dyta fiton një vlerë pozitive në çast.

Ose një analogji e tillë.

Kemi dy topa. Njëra është e zezë, tjetra është e bardhë. I mbuluam me syze opake, nuk shohim se cila është. Ne ndërhyjmë si në lojën e gishtave.

Nëse hapni një gotë dhe shihni se ka një top të bardhë, atëherë xhami i dytë është i zi. Por në fillim nuk e dimë se cila është cila.

Kështu është edhe me grimcat elementare. Por para se t'i shikoni ato, ato janë në mbivendosje. Para matjes, topat janë sikur të pangjyrë. Por pasi shkatërroi mbivendosjen e njërit topi dhe duke parë që ai është i bardhë, i dyti menjëherë bëhet i zi. Dhe kjo ndodh në çast, pavarësisht nëse ka të paktën një top në tokë, dhe i dyti në një galaktikë tjetër. Që drita të arrijë nga një top në tjetrin në rastin tonë, le të themi se duhen qindra vjet, dhe topi i dytë mëson se është bërë një matje në të dytin, e përsëris, menjëherë. Mes tyre ka konfuzion.

Është e qartë se Ajnshtajni dhe shumë fizikanë të tjerë nuk e pranuan një përfundim të tillë të ngjarjeve, pra, ngatërresa kuantike. Ai i konsideroi përfundimet e fizikës kuantike si të pasakta, të paplota dhe supozoi se disa ndryshore të fshehura mungonin.

Përkundrazi, paradoksi i Ajnshtajnit i përshkruar më sipër u shpik për të treguar se përfundimet e mekanikës kuantike nuk janë të sakta, sepse ngatërrimi është në kundërshtim me sensin e përbashkët.

Ky paradoks u quajt paradoksi Einstein-Podolsky-Rosen, i shkurtuar si paradoksi EPR.

Por eksperimentet me ngatërresën më vonë nga A. Aspect dhe shkencëtarë të tjerë treguan se Ajnshtajni kishte gabuar. Ngatërrimi kuantik ekziston.

Dhe këto nuk ishin më supozime teorike që lindnin nga ekuacionet, por fakte reale të shumë eksperimenteve mbi ngatërresën kuantike. Shkencëtarët e panë këtë drejtpërdrejt dhe Ajnshtajni vdiq pa e ditur të vërtetën.

Grimcat me të vërtetë ndërveprojnë menjëherë, kufizimet në shpejtësinë e dritës nuk janë pengesë për to. Bota doli të ishte shumë më interesante dhe komplekse.

Me ngatërresën kuantike, e përsëris, ka një transferim të menjëhershëm të informacionit, krijohet një lidhje magjike.

Por si mund të jetë kjo?

Fizika kuantike e sotme i përgjigjet kësaj pyetjeje në një mënyrë elegante. Ekziston komunikim i menjëhershëm midis grimcave, jo sepse informacioni transferohet shumë shpejt, por sepse në një nivel më të thellë ato thjesht nuk janë të ndara, por janë ende së bashku. Ato janë në të ashtuquajturën ngatërrim kuantik.

Domethënë, gjendja e konfuzionit është një gjendje e tillë e sistemit, ku, sipas disa parametrave apo vlerave, nuk mund të ndahet në pjesë të veçanta, plotësisht të pavarura.

Për shembull, elektronet pas ndërveprimit mund të ndahen nga një distancë e madhe në hapësirë, por rrotullimet e tyre janë ende së bashku. Prandaj, gjatë eksperimenteve, rrotullimet pajtohen menjëherë me njëri-tjetrin.

A e kuptoni se ku të çon kjo?

Njohuritë e sotme të fizikës kuantike moderne të bazuara në teorinë e dekoherencës vijnë në një gjë.

Ekziston një realitet më i thellë, i pamanifestuar. Dhe ajo që ne vëzhgojmë si një botë klasike e njohur është vetëm një pjesë e vogël, një rast i veçantë i një realiteti kuantik më themelor.

Ai nuk përmban hapësirë, kohë, asnjë parametër të grimcave, por vetëm informacion rreth tyre, mundësinë e mundshme të manifestimit të tyre.

Është ky fakt që shpjegon me hijeshi dhe thjesht pse ndodh kolapsi i funksionit të valës, i konsideruar në artikullin e mëparshëm, ngatërrimi kuantik dhe mrekullitë e tjera të mikrokozmosit.

Sot, kur flasin për ngatërresën kuantike, ata kujtojnë botën tjetër.

Kjo do të thotë, në një nivel më themelor, një grimcë elementare është e pamanifestuar. Ndodhet njëkohësisht në disa pika në hapësirë, ka disa vlera rrotullimesh.

Pastaj, sipas disa parametrave, mund të shfaqet në botën tonë klasike gjatë matjes. Në eksperimentin e diskutuar më sipër, dy grimca tashmë kanë një vlerë specifike të koordinatave hapësinore, por rrotullimet e tyre janë ende në realitetin kuantik, të pamanifestuar. Nuk ka hapësirë dhe kohë, kështu që rrotullimet e grimcave mbyllen së bashku, pavarësisht distancës së madhe midis tyre.

Dhe kur shikojmë se çfarë rrotullimi ka një grimcë, domethënë bëjmë një matje, ne e nxjerrim rrotullimin nga realiteti kuantik në botën tonë të zakonshme. Dhe na duket se grimcat shkëmbejnë informacion në çast. Vetëm se ata ishin ende bashkë në një parametër, edhe pse ishin shumë larg njëri-tjetrit. Ndarja e tyre është në fakt një iluzion.

E gjithë kjo duket e çuditshme, e pazakontë, por ky fakt tashmë është konfirmuar nga shumë eksperimente. Kompjuterët kuantikë bazohen në ndërthurjen magjike.

Realiteti doli të ishte shumë më kompleks dhe interesant.

Parimi i ngatërrimit kuantik nuk përputhet me pikëpamjen tonë të zakonshme për botën.

Kështu e shpjegon ngatërresa kuantike fizikanti-shkencëtari D.Bohm.

Le të themi se po shikojmë peshk në një akuarium. Por për shkak të disa kufizimeve, ne mund të shohim jo akuariumin ashtu siç është, por vetëm projeksionet e tij, të filmuara nga dy kamera përpara dhe anash. Domethënë, ne shikojmë peshkun, duke parë dy televizorë. Peshqit na duken ndryshe, pasi e shkrepim me një aparat fotografik në fytyrë, tjetrin në profil. Por për mrekulli, lëvizjet e tyre janë qartësisht të qëndrueshme. Sapo peshku nga ekrani i parë kthehet, i dyti gjithashtu kthehet në çast. Jemi të habitur, duke mos kuptuar se ky është i njëjti peshk.

Pra është në një eksperiment kuantik me dy grimca. Për shkak të kufizimeve të tyre, na duket se rrotullimet e dy grimcave që ndërveprojnë më parë janë të pavarura nga njëra-tjetra, sepse tani grimcat janë larg njëra-tjetrës. Por në realitet ata janë ende bashkë, por në një realitet kuantik, në një burim jo lokal. Ne thjesht nuk e shikojmë realitetin ashtu siç është në të vërtetë, por me një shtrembërim, brenda kornizës së fizikës klasike.

Teleportimi kuantik në terma të thjeshtë

Kur shkencëtarët mësuan për ndërthurjen kuantike dhe transferimin e menjëhershëm të informacionit, shumë pyetën veten: a është i mundur teleportimi?

Doli të ishte vërtet e mundur.

Tashmë ka pasur shumë eksperimente mbi teleportimin.

Thelbi i metodës mund të kuptohet lehtësisht nëse kuptoni parimin e përgjithshëm të ndërthurjes.

Ekziston një grimcë, për shembull, një elektron A dhe dy palë elektrone të ngatërruara B dhe C. Elektroni A dhe çifti B, C janë në pika të ndryshme në hapësirë, pavarësisht sa larg. Dhe tani le t'i shndërrojmë grimcat A dhe B në ngatërrim kuantik, domethënë le t'i kombinojmë ato. Tani C bëhet saktësisht e njëjtë me A, sepse gjendja e tyre e përgjithshme nuk ndryshon. Kjo do të thotë, grimca A, si të thuash, teleportohet te grimca C.

Sot, janë kryer eksperimente më komplekse mbi teleportimin.

Sigurisht, të gjitha eksperimentet janë kryer deri më tani vetëm me grimca elementare. Por duhet ta pranoni, është e pabesueshme. Në fund të fundit, ne të gjithë përbëhemi nga të njëjtat grimca, shkencëtarët thonë se teleportimi i objekteve makro teorikisht nuk është i ndryshëm. Është e nevojshme vetëm të zgjidhen shumë çështje teknike, dhe kjo është vetëm çështje kohe. Ndoshta, në zhvillimin e tij, njerëzimi do të arrijë aftësinë për të teleportuar objekte të mëdha, madje edhe vetë personin.

realiteti kuantik

Ngatërrimi kuantik është integritet, vazhdimësi, unitet në një nivel më të thellë.

Nëse, sipas disa parametrave, grimcat janë në ndërthurje kuantike, atëherë sipas këtyre parametrave, ato thjesht nuk mund të ndahen në pjesë të veçanta. Ato janë të ndërvarura. Veti të tilla janë thjesht fantastike nga pikëpamja e botës së njohur, transcendente, mund të thuhet të botës tjetër dhe transhendente. Por ky është një fakt nga i cili nuk ka shpëtim. Është koha për ta pranuar atë.

Por ku çon e gjithë kjo?

Rezulton se shumë mësime shpirtërore të njerëzimit kanë folur prej kohësh për këtë gjendje.

Bota që ne shohim, e përbërë nga objekte materiale, nuk është baza e realitetit, por vetëm një pjesë e vogël e tij dhe jo më e rëndësishmja. Ekziston një realitet transcendent që vendos, përcakton gjithçka që ndodh me botën tonë, dhe për rrjedhojë edhe me ne.

Aty qëndrojnë përgjigjet e vërteta për pyetjet e përjetshme për kuptimin e jetës, zhvillimin e vërtetë të një personi, gjetjen e lumturisë dhe shëndetit.

Dhe këto nuk janë fjalë boshe.

E gjithë kjo çon në një rimendim të vlerave të jetës, një kuptim se, përveç kërkimit të pakuptimtë të të mirave materiale, ka diçka më të rëndësishme dhe më të lartë. Dhe ky realitet nuk është diku atje, ai na rrethon kudo, na përshkon, është, siç thonë ata, "në majë të gishtave".

Por le të flasim për këtë në artikujt e ardhshëm.

Tani shikoni një video rreth ngatërresës kuantike.

Ne po kalojmë pa probleme nga ndërthurja kuantike në teori. Më shumë për këtë në artikullin vijues.

Përkthimi

I