Kuantum dolaşıklığı -Quantum entanglement

Kendiliğinden parametrik aşağı dönüştürme işlemi, fotonları karşılıklı olarak dik polarizasyon ile tip II foton çiftlerine ayırabilir.

Kuantum dolaşıklık , bir grup parçacık oluşturulduğunda, etkileştiğinde veya uzamsal yakınlığı paylaştığında , grubun her parçacığının kuantum durumu , diğerlerinin durumundan bağımsız olarak tanımlanamayacak şekilde meydana gelen fiziksel bir olgudur. parçacıklar büyük bir mesafe ile ayrılır. Kuantum dolaşıklık konusu, klasik ve kuantum fiziği arasındaki eşitsizliğin merkezinde yer alır : dolaşıklık, klasik mekanikte eksik olan kuantum mekaniğinin birincil özelliğidir.

Dolanık parçacıklar üzerinde gerçekleştirilen konum , momentum , dönüş ve polarizasyon gibi fiziksel özelliklerin ölçümlerinin , bazı durumlarda mükemmel bir şekilde ilişkili olduğu bulunabilir . Örneğin, toplam dönüşlerinin sıfır olduğu bilinecek şekilde bir çift dolaşık parçacık üretilirse ve bir parçacığın birinci eksende saat yönünde dönüşe sahip olduğu bulunursa, o zaman aynı eksende ölçülen diğer parçacığın dönüşü, saat yönünün tersine olduğu bulunmuştur. Bununla birlikte, bu davranış görünüşte paradoksal etkilere yol açar: Bir parçacığın özelliklerinin herhangi bir ölçümü, o parçacığın tersinmez bir dalga fonksiyonu çöküşüyle ​​sonuçlanır ve orijinal kuantum durumunu değiştirir. Dolanık parçacıklar söz konusu olduğunda, bu tür ölçümler dolaşık sistemi bir bütün olarak etkiler.

Bu tür fenomenler, Albert Einstein , Boris Podolsky ve Nathan Rosen'in 1935 tarihli bir makalesinin ve kısa bir süre sonra Erwin Schrödinger'in EPR paradoksu olarak bilinen şeyi açıklayan birkaç makalesinin konusuydu . Einstein ve diğerleri, yerel gerçekçilik nedensellik görüşünü ihlal ettiği için (Einstein buna " uzaktan ürkütücü eylem " olarak atıfta bulundu) bu tür davranışı imkansız olarak değerlendirdi ve kabul edilen kuantum mekaniği formülasyonunun bu nedenle eksik olması gerektiğini savundu .

Ancak daha sonra, kuantum mekaniğinin mantık dışı tahminleri, dolanık parçacıkların polarizasyonunun veya dönüşünün ayrı konumlarda ölçüldüğü ve Bell'in eşitsizliğinin istatistiksel olarak ihlal edildiği testlerde doğrulandı . Daha önceki testlerde, bir noktadaki sonucun, ikinci konumdaki sonucu etkileyerek, uzak noktaya kurnazca iletilmiş olabileceği göz ardı edilemezdi . Bununla birlikte, "boşluksuz" denilen Bell testleri, konumların, ışık hızındaki iletişimin ölçümler arasındaki süreden daha uzun, bir durumda 10.000 kat daha uzun sürmesi için yeterince ayrıldığı yerlerde gerçekleştirilmiştir.

Kuantum mekaniğinin bazı yorumlarına göre , bir ölçümün etkisi anında gerçekleşir. Dalga fonksiyonunu tanımayan diğer yorumlar , herhangi bir "etki" olduğu konusunda ihtilafa düşer . Bununla birlikte, tüm yorumlar, dolaşıklığın ölçümler arasında bir korelasyon ürettiğini ve dolaşık parçacıklar arasındaki karşılıklı bilgiden yararlanılabileceğini, ancak ışık hızından daha hızlı herhangi bir bilgi aktarımının imkansız olduğu konusunda hemfikirdir.

Kuantum dolaşıklığı fotonlar , nötrinolar , elektronlar , buckyball kadar büyük moleküller ve hatta küçük elmaslarla deneysel olarak gösterilmiştir . Dolanıklığın iletişim , hesaplama ve kuantum radarında kullanımı çok aktif bir araştırma ve geliştirme alanıdır.

Tarih

The New York Times'ın 4 Mayıs 1935 tarihli sayısında Einstein-Podolsky-Rosen paradoksu (EPR paradoksu) makalesiyle ilgili makale başlığı .

Kuantum mekaniğinin güçlü korelasyonlu sistemler hakkındaki mantık dışı tahminleri ilk olarak 1935'te Albert Einstein tarafından Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile ortak bir makalede tartışıldı . Bu çalışmada, üçü Einstein-Podolsky-Rosen paradoksunu (EPR paradoksu) formüle etti; bu, "dalga fonksiyonları tarafından verilen fiziksel gerçekliğin kuantum-mekanik tanımının tamamlanmadığını " göstermeye çalışan bir düşünce deneyi . Bununla birlikte, üç bilim adamı dolanıklık kelimesini icat etmediler ve düşündükleri durumun özel özelliklerini genelleştirmediler. EPR makalesini takiben, Erwin Schrödinger Einstein'a Almanca bir mektup yazdı ve burada Verschränkung (kendisi tarafından dolaşma olarak tercüme edildi ) kelimesini "EPR deneyinde olduğu gibi etkileşime giren ve sonra ayrılan iki parçacık arasındaki korelasyonları tanımlamak için" kullandı.

Kısa bir süre sonra Schrödinger, "dolanıklık" kavramını tanımlayan ve tartışan ufuk açıcı bir makale yayınladı. Makalede, kavramın önemini fark etti ve şöyle dedi: "[Dolaşıklığı] tek değil , kuantum mekaniğinin karakteristik özelliği, klasik düşünce çizgilerinden tüm ayrılmasını zorunlu kılan özellik olarak adlandırırdım." Einstein gibi, Schrödinger de dolaşıklık kavramından memnun değildi, çünkü görelilik teorisinde örtük olarak bulunan bilgi aktarımındaki hız sınırını ihlal ediyor gibiydi . Einstein daha sonra ünlü bir şekilde karışıklıkla " spukhafte Fernwirkung " veya " uzaktan ürkütücü hareket " olarak alay etti .

EPR makalesi fizikçiler arasında önemli bir ilgi uyandırdı ve kuantum mekaniğinin temelleri (belki de en ünlüsü Bohm'un kuantum mekaniği yorumu) hakkında çok fazla tartışmaya ilham verdi, ancak nispeten az sayıda başka yayınlanmış çalışma üretti. İlgiye rağmen, EPR'nin argümanındaki zayıf nokta, 1964'te John Stewart Bell'in kilit varsayımlarından birinin, yerellik ilkesinin EPR'nin umduğu gizli değişkenlerin yorumlanmasına uygulandığı şekliyle matematiksel olarak tutarsız olduğunu kanıtladığı zamana kadar keşfedilmedi. kuantum teorisinin öngörüleriyle.

Özellikle Bell, yerel gerçekçiliğe uyan herhangi bir teoride üretilebilecek bağıntıların gücüyle ilgili olarak Bell'in eşitsizliğinde görülen bir üst sınır gösterdi ve kuantum teorisinin belirli dolaşmış sistemler için bu sınırın ihlallerini öngördüğünü gösterdi. Onun eşitsizliği deneysel olarak test edilebilir ve Stuart Freedman ve John Clauser'in 1972'deki öncü çalışmaları ve 1982'deki Alain Aspect'in deneyleriyle başlayan çok sayıda ilgili deney yapıldı. Erken deneysel bir atılım, 1967'de Carl Kocher sayesinde oldu. bir kalsiyum atomundan art arda yayılan iki fotonun dolaştığının gösterildiği bir cihaz sundu - dolaşmış görünür ışığın ilk durumu. İki foton, klasik olarak tahmin edilenden daha yüksek olasılıkla, ancak kuantum mekanik hesaplamalarla nicel uyum içinde korelasyonlarla çapsal olarak konumlandırılmış paralel polarizörlerden geçti. Ayrıca korelasyonun yalnızca polarizör ayarları arasındaki açıya göre (kosinüs karesi olarak) değiştiğini ve yayılan fotonlar arasındaki zaman gecikmesiyle katlanarak azaldığını gösterdi. Kocher'in daha iyi polarizörlerle donatılmış aygıtı, kosinüs kare bağımlılığını doğrulayabilen ve bir dizi sabit açı için Bell'in eşitsizliğinin ihlalini göstermek için kullanabilen Freedman ve Clauser tarafından kullanıldı. Tüm bu deneyler, yerel gerçekçilik ilkesinden ziyade kuantum mekaniği ile uyum göstermiştir.

Onlarca yıldır her biri , sonuçların geçerliliğini sorgulamanın mümkün olduğu en az bir boşluk bırakmıştı . Ancak, 2015 yılında hem tespit hem de yerellik boşluklarını aynı anda kapatan ve "boşluksuz" olarak müjdelenen bir deney yapıldı; bu deney, büyük bir yerel gerçekçilik teorileri sınıfını kesin olarak dışladı. Alain Aspect , "uzak" olarak adlandırdığı, ancak "göz ardı edilemeyecek" bir "artık boşluk" olarak nitelendirdiği "ayar-bağımsızlık boşluğu"nun henüz kapatılmadığını ve özgür irade / süperbelirleyiciliğin boşluk kapatılamaz; "hiçbir deney, ne kadar ideal olursa olsun, tamamen boşluksuz olduğu söylenemez" diyerek.

Bell'in çalışması, bu süper güçlü bağıntıları iletişim için bir kaynak olarak kullanma olasılığını artırdı. 1984 yılında, en ünlüsü Charles H. Bennett ve Gilles Brassard tarafından BB84 ve Artur Ekert tarafından E91 olan kuantum anahtar dağıtım protokollerinin keşfedilmesine yol açtı . BB84 dolaşıklığı kullanmasa da, Ekert'in protokolü bir Bell'in eşitsizliğinin ihlalini bir güvenlik kanıtı olarak kullanır.

konsept

dolaşma anlamı

Dolanık bir sistem, kuantum durumu yerel bileşenlerinin durumlarının bir ürünü olarak çarpanlarına ayrılamayan bir sistem olarak tanımlanır; yani tek tek parçacıklar değil, ayrılmaz bir bütündürler. Dolaşıklıkta, bir bileşen diğer(ler)i dikkate almadan tam olarak tanımlanamaz. Bileşik bir sistemin durumu her zaman yerel bileşenlerin durumlarının çarpımlarının toplamı veya süperpozisyonu olarak ifade edilebilir; bu toplam tek bir çarpım terimi olarak yazılamıyorsa dolanıktır.

Kuantum sistemleri , çeşitli etkileşim türleri yoluyla dolaşık hale gelebilir. Deneysel amaçlarla dolanıklığın elde edilebileceği bazı yollar için, aşağıdaki yöntemler bölümüne bakın . Dolaşık parçacıklar çevre ile etkileşim yoluyla çözüldüğünde, dolaşıklık bozulur; örneğin, bir ölçüm yapıldığında.

Dolanıklığa bir örnek olarak: bir atom altı parçacık , birbirine karışmış bir çift başka parçacığa bozunur . Bozulma olayları çeşitli korunum yasalarına uyar ve sonuç olarak, bir yavru parçacığın ölçüm sonuçları, diğer yavru parçacığın ölçüm sonuçlarıyla yüksek oranda ilişkili olmalıdır (böylece toplam momentum, açısal momentum, enerji vb. Bu işlemden önce ve sonra kabaca aynı). Örneğin, bir spin -sıfır parçacığı, bir çift spin-1/2 parçacığına bozunabilir. Bu bozunmadan önceki ve sonraki toplam dönüş sıfır (açısal momentumun korunumu) olması gerektiğinden, ilk parçacığın bir eksende yukarı döndüğü ölçüldüğünde, diğerinin aynı eksende ölçüldüğünde her zaman aşağı doğru döndüğü bulunur. . (Buna spin korelasyonsuz durum denir ve her bir spini ölçmek için önceki olasılıklar eşitse, çiftin singlet durumda olduğu söylenir .)

Yukarıdaki sonuç şaşırtıcı olarak algılanabilir veya algılanmayabilir. Klasik bir sistem aynı özelliği gösterecektir ve bunu yapmak için hem klasik hem de kuantum mekaniğinde açısal momentumun korunmasına dayanan bir gizli değişken teorisi (aşağıya bakınız) kesinlikle gerekli olacaktır. Aradaki fark, klasik bir sistemin tüm gözlemlenebilirler için belirli değerlere sahip olması, ancak kuantum sisteminin olmamasıdır. Aşağıda tartışılacak bir anlamda, burada ele alınan kuantum sistemi, birinci parçacığın ölçümü üzerine diğer parçacığın herhangi bir ekseni boyunca bir spin ölçümünün sonucu için bir olasılık dağılımı elde ediyor gibi görünmektedir. Bu olasılık dağılımı, genel olarak, birinci parçacığın ölçümü olmadan olacağından farklıdır. Bu, uzaysal olarak ayrılmış dolaşık parçacıklar durumunda kesinlikle şaşırtıcı olarak algılanabilir.

paradoks

Paradoks, parçacıklardan herhangi biri üzerinde yapılan bir ölçümün, tüm dolaşmış sistemin durumunu görünüşte çökertmesidir - ve bunu, ölçüm sonucu hakkında herhangi bir bilgi diğer parçacığa iletilmeden önce (bilginin daha hızlı seyahat edemeyeceğini varsayarak) anında yapar. light ) ve bu nedenle dolaşmış çiftin diğer kısmının ölçümünün "uygun" sonucunu garanti etti. Kopenhag yorumunda , parçacıklardan biri üzerindeki bir dönüş ölçümünün sonucu, her parçacığın ölçüm ekseni boyunca belirli bir dönüşü (yukarı veya aşağı) olduğu bir duruma çökmedir. Sonuç, rastgele olarak alınır ve her olasılığın olasılığı %50'dir. Bununla birlikte, her iki spin de aynı eksen boyunca ölçülürse, bunların korelasyonsuz olduğu bulunur. Bu, bir parçacık üzerinde yapılan ölçümün rastgele sonucunun diğerine iletildiği anlamına gelir, böylece o da ölçüldüğünde "doğru seçimi" yapabilir.

Ölçümlerin mesafesi ve zamanlaması, iki ölçüm arasındaki aralığı uzay gibi yapacak şekilde seçilebilir , bu nedenle olayları birbirine bağlayan herhangi bir nedensel etkinin ışıktan daha hızlı hareket etmesi gerekir. Özel görelilik ilkelerine göre , bu tür iki ölçüm olayı arasında herhangi bir bilginin seyahat etmesi mümkün değildir. Ölçümlerden hangisinin önce geldiğini söylemek bile mümkün değil. İki uzay benzeri ayrılmış olay x 1 ve x 2 için , x 1'in birinci ve x 2'nin ilk olduğu diğer eylemsiz çerçeveler vardır . Bu nedenle, iki ölçüm arasındaki korelasyon, bir ölçümün diğerini belirlediği şeklinde açıklanamaz: farklı gözlemciler neden ve sonucun rolü konusunda anlaşamazlar.

(Aslında benzer paradokslar dolaşma olmadan da ortaya çıkabilir: tek bir parçacığın konumu uzaya yayılır ve parçacığı iki farklı yerde saptamaya çalışan geniş ölçüde ayrılmış iki detektör, anında uygun korelasyonu elde etmelidir, böylece ikisi de algılamaz. parçacık.)

Gizli değişkenler teorisi

Paradoksun olası bir çözümü, kuantum teorisinin eksik olduğunu ve ölçümlerin sonucunun önceden belirlenmiş "gizli değişkenlere" bağlı olduğunu varsaymaktır. Ölçülen parçacıkların durumu, ayrılma anından itibaren spin ölçümlerinin sonuçlarının ne olacağını etkin bir şekilde belirleyen değerleri olan bazı gizli değişkenler içerir. Bu, her parçacığın gerekli tüm bilgileri yanında taşıdığı ve ölçüm sırasında bir parçacıktan diğerine hiçbir şey iletilmesine gerek olmadığı anlamına gelir. Einstein ve diğerleri (önceki bölüme bakınız) başlangıçta bunun paradokstan çıkmanın tek yolu olduğuna ve kabul edilen kuantum mekaniği tanımının (rastgele bir ölçüm sonucu ile) eksik olması gerektiğine inanıyordu.

Bell eşitsizliğinin ihlali

Bununla birlikte, farklı eksenler boyunca dolaşık parçacıkların dönüşünün ölçümleri düşünüldüğünde, yerel gizli değişken teorileri başarısız olur. Bu tür ölçümlerin çok sayıda çifti yapılırsa (çok sayıda dolaşık parçacık çifti üzerinde), o zaman istatistiksel olarak, yerel gerçekçi veya gizli değişkenler görüşü doğruysa, sonuçlar her zaman Bell'in eşitsizliğini tatmin ederdi . Pratikte bir dizi deney , Bell'in eşitsizliğinin tatmin edici olmadığını göstermiştir. Bununla birlikte, 2015'ten önce, bunların hepsinde fizikçiler topluluğu tarafından en önemli kabul edilen yasal boşluk sorunları vardı. Dolanık parçacıkların ölçümleri, her ölçümün (kendi göreli zaman çerçevesinde) diğerinden önce gerçekleştiği hareketli göreli referans çerçevelerinde yapıldığında, ölçüm sonuçları ilişkili kalır.

Farklı eksenler boyunca spini ölçmekle ilgili temel sorun, bu ölçümlerin aynı anda kesin değerlere sahip olamamasıdır - bu ölçümlerin maksimum eşzamanlı hassasiyetinin belirsizlik ilkesi tarafından sınırlandırılması anlamında uyumsuzdurlar . Bu, herhangi bir sayıda özelliğin aynı anda keyfi bir doğrulukla ölçülebildiği klasik fizikte bulunanlara aykırıdır. Uyumlu ölçümlerin Bell eşitsizliğini ihlal eden korelasyonları gösteremeyeceği matematiksel olarak kanıtlanmıştır ve bu nedenle dolaşıklık temelde klasik olmayan bir olgudur.

Kuantum dolaşıklığını kanıtlayan kayda değer deneysel sonuçlar

Einstein'ın uzak mesafeden veya dolaşıklıktan ürkütücü hareketini doğrulayan ilk deney, 1949'da Chien-Shiung Wu ve I. Shaknov adlı bir meslektaşı tarafından bir laboratuvarda başarıyla doğrulandı ve 1950'de yılbaşında yayınlandı. Sonuç, özellikle kuantumu kanıtladı. bir çift fotonun korelasyonu. 2012 ve 2013 yıllarında yapılan deneylerde, zamanda hiçbir zaman bir arada var olmayan fotonlar arasında polarizasyon korelasyonu oluşturuldu. Yazarlar, bu sonucun, ilk çiftin bir fotonunun polarizasyonunu ölçtükten sonra iki dolanık foton çifti arasında dolaşıklık değiş tokuşu yaparak elde edildiğini ve kuantum mekansızlığının sadece uzay için değil, zaman için de geçerli olduğunu kanıtladığını iddia ettiler.

2013'teki üç bağımsız deneyde, klasik olarak iletilen ayrılabilir kuantum durumlarının dolanık durumları taşımak için kullanılabileceği gösterildi. İlk boşluksuz Bell testi, 2015 yılında TU Delft'te yapıldı ve Bell eşitsizliğinin ihlal edildiğini doğruladı.

Ağustos 2014'te Brezilyalı araştırmacı Gabriela Barreto Lemos ve ekibi, nesnelerle etkileşime girmemiş ancak bu tür nesnelerle etkileşime giren fotonlarla karışmış fotonları kullanarak nesnelerin "fotoğraflarını çekmeyi" başardı. Viyana Üniversitesi'nden Lemos, bu yeni kuantum görüntüleme tekniğinin biyolojik veya tıbbi görüntüleme gibi alanlarda düşük ışıkta görüntülemenin zorunlu olduğu yerlerde uygulama bulabileceğinden emin.

2016'dan itibaren IBM, Microsoft vb. gibi çeşitli şirketler başarıyla kuantum bilgisayarları yarattı ve geliştiricilerin ve teknoloji meraklılarının kuantum dolaşıklığı da dahil olmak üzere kuantum mekaniği kavramlarını açıkça denemelerine izin verdi.

zamanın gizemi

Zaman kavramına kuantum dolaşıklığın bir yan etkisi olan ortaya çıkan bir fenomen olarak bakmak için öneriler var. Başka bir deyişle, zaman, tüm eşit saat okumalarını (doğru hazırlanmış saatlerin veya saat olarak kullanılabilen herhangi bir nesnenin) aynı tarihe yerleştiren bir karışıklık olgusudur. Bu, ilk olarak 1983'te Don Page ve William Wootters tarafından tamamen kuramlaştırıldı. Genel görelilik ve kuantum mekaniğini birleştiren Wheeler-DeWitt denklemi - zamanı tamamen dışarıda bırakarak - 1960'larda tanıtıldı ve 1983'te Page ve Wootters, kuantum dolaşıklığa dayalı bir çözüm yaptı. Page ve Wootters, dolaşıklığın zamanı ölçmek için kullanılabileceğini savundu.

Acil yerçekimi

AdS/CFT yazışmalarına dayanarak , Mark Van Raamsdonk , uzay-zamanın dolaşmış ve uzay -zaman sınırında yaşayan kuantum serbestlik derecelerinin ortaya çıkan bir fenomeni olarak ortaya çıktığını öne sürdü . İndüklenmiş yerçekimi , dolaşma birinci yasasından ortaya çıkabilir.

Yersizlik ve karışıklık

Medyada ve popüler bilimde, kuantum mekansızlığı , genellikle dolaşıklığa eşdeğer olarak tasvir edilir. Bu saf iki parçalı kuantum durumları için doğru olsa da, genel olarak dolaşıklık yalnızca yerel olmayan korelasyonlar için gereklidir, ancak bu tür korelasyonlar üretmeyen karışık dolanık durumlar da vardır. İyi bilinen bir örnek, belirli değerler için dolanık olan , ancak her zaman yerel gizli değişkenler kullanılarak tanımlanabilen Werner durumlarıdır . Ayrıca, keyfi sayıda parti için, gerçekten birbirine karışmış ancak yerel bir modeli kabul eden devletlerin olduğu gösterildi. Yerel modellerin varlığına ilişkin bahsedilen kanıtlar, aynı anda kuantum durumunun yalnızca bir kopyasının mevcut olduğunu varsaymaktadır. Tarafların bu tür durumların birçok kopyası üzerinde yerel ölçümler yapmalarına izin verilirse, o zaman yerel görünen birçok durum (örneğin, qubit Werner durumları) artık yerel bir modelle tanımlanamaz. Bu özellikle tüm damıtılabilir durumlar için geçerlidir. Bununla birlikte, yeterince çok kopya verildiğinde, tüm karışık durumların yerel olmayan hale gelip gelmediği açık bir soru olarak kalmaktadır.

Kısacası, iki tarafın paylaştığı bir devletin birbirine dolanması, o devletin yerel olmaması için gerekli ancak yeterli değildir. Dolanıklığın daha yaygın olarak cebirsel bir kavram olarak görüldüğünü, yerel olmamanın yanı sıra kuantum ışınlanmanın ve süper yoğun kodlamanın bir ön koşulu olarak kabul edildiğini , oysa yerel olmamanın deneysel istatistiklere göre tanımlandığını ve çok daha fazlası olduğunu kabul etmek önemlidir. kuantum mekaniğinin temelleri ve yorumlarıyla ilgili .

Kuantum mekanik çerçeve

Aşağıdaki alt bölümler, makalelerde geliştirilen formalizm ve teorik çerçeveye aşinalık dahil olmak üzere , kuantum mekaniğinin resmi, matematiksel tanımı hakkında iyi bir çalışma bilgisine sahip olanlar içindir: bra-ket notasyonu ve kuantum mekaniğinin matematiksel formülasyonu .

saf haller

İlgili Hilbert uzayları H A ve H B ile iki keyfi kuantum sistemi A ve B düşünün . Kompozit sistemin Hilbert uzayı tensör çarpımıdır .

İlk sistem durumda ve ikincisi durumda ise, kompozit sistemin durumu

Bu formda temsil edilebilen bileşik sistemin durumları, ayrılabilir durumlar veya çarpım durumları olarak adlandırılır .

Tüm durumlar ayrılabilir durumlar değildir (ve dolayısıyla ürün durumları). H A için bir temel ve H B için bir temel sabitleyin . H AH B'deki en genel durum şu şekildedir:

.

Bu durum, vektörler varsa ayrılabilir ve böylece herhangi bir vektör için en az bir koordinat çifti varsa ayrılmazdır.

Örneğin, H A'nın iki temel vektörü ve H B'nin iki temel vektörü verildiğinde , aşağıdaki dolanık bir durumdur:

Bileşik sistem bu durumdaysa, ne A sistemine ne de B sistemine kesin bir saf durum atfetmek imkansızdır . Bunu söylemenin bir başka yolu , tüm durumun von Neumann entropisi sıfır iken (her saf durum için olduğu gibi), alt sistemlerin entropisi sıfırdan büyüktür. Bu anlamda sistemler “dolaşıktır”. Bunun interferometri için özel ampirik sonuçları vardır. Yukarıdaki örnek, (maksimum olarak) dolanık saf durumlar ( HA ⊗ H B uzayının saf durumları, ancak her bir HA ve H B'nin saf hallerine ayrılamayan ) olan dört Bell durumundan biridir .

Şimdi Alice'in A sistemi için bir gözlemci olduğunu ve Bob'un B sistemi için bir gözlemci olduğunu varsayalım . Yukarıda verilen dolanık durumda Alice, A'nın öz bazında bir ölçüm yaparsa , eşit olasılıkla meydana gelen iki olası sonuç vardır:

  1. Alice 0'ı ölçer ve sistemin durumu .
  2. Alice 1'i ölçer ve sistemin durumu .

İlki gerçekleşirse, aynı temelde Bob tarafından gerçekleştirilen herhangi bir sonraki ölçüm her zaman 1 değerini döndürür. İkincisi gerçekleşirse (Alice 1'i ölçer), o zaman Bob'un ölçümü kesin olarak 0 döndürür. Böylece sistem B , Alice'in sistem A üzerinde yerel bir ölçüm yapmasıyla değiştirilmiştir . Bu, A ve B sistemleri uzamsal olarak ayrılmış olsa bile geçerlidir . Bu, EPR paradoksunun temelidir .

Alice'in ölçümünün sonucu rastgeledir. Alice, bileşik sistemi hangi duruma indireceğine karar veremez ve bu nedenle, sistemi üzerinde hareket ederek Bob'a bilgi iletemez. Bu nedenle, bu özel şemada nedensellik korunur. Genel argüman için, iletişimsizlik teoremine bakın .

Topluluklar

Yukarıda bahsedildiği gibi, bir kuantum sisteminin durumu, Hilbert uzayında bir birim vektör tarafından verilir. Daha genel olarak, eğer sistem hakkında daha az bilgiye sahipseniz, o zaman buna bir 'topluluk' denir ve onu pozitif-yarı tanımlı bir matris olan bir yoğunluk matrisi veya durum uzayı sonsuz boyutlu olduğunda bir iz sınıfı ile tanımlar ve iz 1'e sahiptir. Yine, spektral teorem ile böyle bir matris genel biçimi alır:

w i pozitif değerli olasılıklar (1'e kadar toplanırlar), αi vektörleri birim vektörlerdir ve sonsuz boyutlu durumda, bu tür durumların kapanışını iz normunda alırdık. w i'nin durumları olan topluluğun oranı olduğu bir topluluğu temsil eden ρ olarak yorumlayabiliriz . Karışık bir durum 1. sıraya sahip olduğunda, bu nedenle 'saf topluluk'u tanımlar. Bir kuantum sisteminin durumu hakkında toplamdan daha az bilgi olduğunda, durumu temsil etmek için yoğunluk matrislerine ihtiyaç duyarız.

Deneysel olarak, aşağıdaki gibi bir karma topluluk gerçekleştirilebilir. Bir gözlemciye elektron tüküren bir "kara kutu" aygıtı düşünün . Elektronların Hilbert uzayları aynıdır . Cihaz, hepsi aynı durumda olan elektronlar üretebilir; bu durumda, gözlemci tarafından alınan elektronlar saf bir topluluktur. Bununla birlikte, cihaz farklı durumlarda elektronlar üretebilir. Örneğin, iki elektron popülasyonu üretebilir: biri spinleri pozitif z yönünde hizalanmış durumda, diğeri ise spinleri negatif y yönünde hizalanmış durumda. Genel olarak, bu karma bir topluluktur, çünkü her biri farklı bir duruma karşılık gelen herhangi bir sayıda popülasyon olabilir.

Yukarıdaki tanımı takiben, iki parçalı bir bileşik sistem için, karışık durumlar sadece HAH B üzerindeki yoğunluk matrisleridir . Yani genel forma sahiptir.

burada w i pozitif değerli olasılıklardır ve vektörler birim vektörlerdir. Bu, kendi kendine birleşik ve pozitiftir ve iz 1'e sahiptir.

Ayrılabilirlik tanımını saf durumdan genişleterek, karışık bir durumun şu şekilde yazılabilirse ayrılabilir olduğunu söylüyoruz.

burada w i pozitif değerli olasılıklardır ve 's ve 'ler sırasıyla A ve B alt sistemlerindeki karışık durumlardır (yoğunluk operatörleri) . Başka bir deyişle, bir durum, ilişkisiz durumlar veya ürün durumları üzerinde bir olasılık dağılımı ise ayrılabilirdir. Yoğunluk matrislerini saf toplulukların toplamları ve genişleme olarak yazarak, genelliği kaybetmeden ve kendilerinin saf topluluklar olduğunu varsayabiliriz. Ayrılabilir değilse, bir durumun dolanık olduğu söylenir.

Genel olarak, karışık bir durumun dolaşmış olup olmadığını bulmak zor kabul edilir. Genel iki taraflı durumun NP-zor olduğu gösterilmiştir . 2 × 2 ve 2 × 3 durumlar için , ünlü Pozitif Kısmi Devir (PPT) koşulu ile ayrılabilirlik için gerekli ve yeterli bir kriter verilir .

Azaltılmış yoğunluk matrisleri

Azaltılmış yoğunluk matrisi fikri 1930'da Paul Dirac tarafından ortaya atıldı. Yukarıdaki gibi A ve B sistemlerinin her birinin bir Hilbert uzayı HA , H B olduğunu düşünün . Kompozit sistemin durumu şöyle olsun

Yukarıda belirtildiği gibi, genel olarak, saf bir durumu bileşen sistemi A ile ilişkilendirmenin bir yolu yoktur . Ancak yine de bir yoğunluk matrisini ilişkilendirmek mümkündür. İzin vermek

.

bu durum üzerine projeksiyon operatörü olan . A durumu, B sistemi temelinde ρ T'nin kısmi izidir :

Toplam, üzerinde gerçekleşir ve kimlik operatörü . ρ A , bazen A alt sistemindeki ρ'nın azaltılmış yoğunluk matrisi olarak adlandırılır . Halk dilinde, A üzerinde azaltılmış yoğunluk matrisini elde etmek için B sistemini "izliyoruz" .

Örneğin, dolanık durum için A'nın azaltılmış yoğunluk matrisi

yukarıda tartışılan

Bu, beklendiği gibi, dolanık bir saf topluluk için azaltılmış yoğunluk matrisinin bir karma topluluk olduğunu gösterir. Ayrıca şaşırtıcı olmayan bir şekilde, yukarıda tartışılan saf ürün durumu için A'nın yoğunluk matrisi şöyledir:

.

Genel olarak, iki parçalı bir saf durum ρ, ancak ve ancak indirgenmiş durumları saf yerine karıştırılmışsa dolaşmış olur.

Bunları kullanan iki uygulama

Azaltılmış yoğunluk matrisleri, benzersiz temel duruma sahip farklı döndürme zincirlerinde açıkça hesaplandı. Bir örnek, tek boyutlu AKLT dönüş zinciridir : temel durum, bir bloğa ve bir ortama bölünebilir. Bloğun azaltılmış yoğunluk matrisi, bir projektörün başka bir Hamiltoniyenin dejenere temel durumuna orantılıdır .

Azaltılmış yoğunluk matrisi , tam sıraya sahip olduğu XY spin zincirleri için de değerlendirildi. Termodinamik limitte, büyük bir spin bloğunun azaltılmış yoğunluk matrisinin spektrumunun bu durumda tam bir geometrik dizi olduğu kanıtlanmıştır.

Bir kaynak olarak dolaşıklık

Kuantum bilgi teorisinde, dolaşık durumlar bir 'kaynak', yani üretilmesi maliyetli ve değerli dönüşümlerin uygulanmasına izin veren bir şey olarak kabul edilir. Bu bakış açısının en belirgin olduğu ortam, "uzak laboratuvarlar", yani her biri üzerinde keyfi kuantum işlemlerinin gerçekleştirilebildiği, ancak birbirleriyle kuantum etkileşimi olmayan "A" ve "B" olarak adlandırılan iki kuantum sistemidir. mekanik olarak. İzin verilen tek etkileşim, en genel yerel kuantum işlemleriyle birleştiğinde, LOCC (yerel işlemler ve klasik iletişim) adı verilen işlem sınıfını ortaya çıkaran klasik bilgi alışverişidir. Bu işlemler, A ve B sistemleri arasında dolaşık durumların üretilmesine izin vermez. Ancak, A ve B'ye bir dolaşık durum kaynağı sağlanırsa, bunlar, LOCC işlemleriyle birlikte daha büyük bir dönüşüm sınıfını mümkün kılabilir. Örneğin, A'nın bir kübiti ile B'nin bir kübiti arasındaki bir etkileşim, önce A'nın kübitini B'ye ışınlayarak, ardından B'nin kübiti ile etkileşime girmesine izin vererek gerçekleştirilebilir (bu artık bir LOCC işlemidir, çünkü her iki kübit de B'nin laboratuvarındadır) ve sonra kübiti tekrar A'ya ışınlamak. Bu süreçte iki kübitin maksimum dolanık iki durumu kullanılır. Dolaşık durumlar, yalnızca LOCC'nin mevcut olduğu, ancak süreçte tüketildikleri bir ortamda kuantum etkileşimlerinin (veya kuantum kanallarının) gerçekleştirilmesini sağlayan bir kaynaktır. Dolanıklığın bir kaynak olarak görülebileceği başka uygulamalar da vardır, örneğin özel iletişim veya kuantum durumlarını ayırt etmek.

Dolaşma sınıflandırması

Tüm kuantum durumları bir kaynak olarak eşit derecede değerli değildir. Bu değeri ölçmek için, her bir kuantum durumuna sayısal bir değer atayan farklı dolaşma ölçüleri (aşağıya bakınız) kullanılabilir. Bununla birlikte, kuantum durumlarını karşılaştırmanın daha kaba bir yolunu bulmak genellikle ilginçtir. Bu, farklı sınıflandırma şemalarına yol açar. Dolaşma sınıflarının çoğu, durumların LOCC veya bu işlemlerin bir alt sınıfı kullanılarak diğer durumlara dönüştürülüp dönüştürülemeyeceğine göre tanımlanır. İzin verilen işlemler kümesi ne kadar küçükse, sınıflandırma o kadar iyi olur. Önemli örnekler:

  • İki durum yerel bir üniter işlemle birbirine dönüştürülebiliyorsa, aynı LU sınıfında oldukları söylenir . Bu, genellikle kabul edilen sınıfların en iyisidir. Aynı LU sınıfındaki iki durum, dolaşma ölçüleri için aynı değere ve uzak laboratuvarlar ayarında bir kaynakla aynı değere sahiptir. Sonsuz sayıda farklı LU sınıfı vardır (saf durumdaki en basit iki kübit durumunda bile).
  • İki durum, 0'dan büyük olasılıkla ölçümler içeren yerel işlemlerle birbirine dönüştürülebiliyorsa, bunların aynı 'SLOCC sınıfında' ("stokastik LOCC") olduğu söylenir. Niteliksel olarak, iki durum ve aynı SLOCC sınıfında eşit derecede güçlüdür (çünkü birini diğerine dönüştürebilir ve sonra yapmama izin verdiği her şeyi yapabilirim), ancak dönüşümler ve farklı olasılıkla başarılı olabileceğinden, artık eşit derecede değerli değildirler. . Örneğin, iki saf kübit için sadece iki SLOCC sınıfı vardır: dolanık durumlar (hem (maksimum dolanık) Bell durumlarını ve gibi zayıf dolanık durumları içerir ) ve ayrılabilir olanlar (yani, gibi çarpım durumları ).
  • Bir durumun (gibi ) tek kopyalarının dönüşümlerini düşünmek yerine, çok kopyalı dönüşümlerin olasılığına dayalı sınıflar tanımlayabilirsiniz. Örneğin, LOCC tarafından imkansız olan, ancak mümkün olan örnekler vardır . Çok önemli (ve çok kaba) bir sınıflandırma, bir durumun keyfi olarak çok sayıda kopyasını en az bir saf dolaşmış duruma dönüştürmenin mümkün olup olmadığı özelliğine dayanır . Bu özelliğe sahip devletlere damıtılabilir denir . Yeterince verildiğinde (yerel işlemlerle) herhangi bir dolaşık duruma dönüştürülebildiklerinden ve dolayısıyla tüm olası kullanımlara izin verdiklerinden, bu durumlar en yararlı kuantum durumlarıdır. Tüm dolaşmış durumların damıtılabilir olmaması, olmayanlara ' bağlı dolanık ' denmesi başlangıçta bir sürpriz olarak geldi.

Farklı bir dolanıklık sınıflandırması, bir durumda bulunan kuantum bağıntılarının A ve B'nin yapmasına izin verdiği şeye dayanır: dolanık durumların üç alt kümesi ayırt edilir: (1) yerel olmayan durumlar , yerel bir gizli ile açıklanamayan bağıntılar üretir. değişken modeli ve dolayısıyla bir Bell eşitsizliğini ihlal eder, (2) A'nın B'nin koşullu indirgenmiş durumunu yerel ölçümlerle değiştirmesi ("yönlendirmesi") için yeterli korelasyonları içeren yönlendirilebilir durumlar , böylece A, B'ye şunu kanıtlayabilir: sahip oldukları durum gerçekten karışıktır ve son olarak (3) ne yerel olmayan ne de yönetilebilir olan bu karışık durumlar. Her üç set de boş değildir.

Entropi

Bu bölümde, karma bir durumun entropisi ve bunun nasıl bir kuantum dolaşıklık ölçüsü olarak görülebileceği tartışılmaktadır.

Tanım

İki parçalı 2 seviyeli saf durum için von Neumann entropi Vs Özdeğer grafiği. Özdeğer .5 değerine sahip olduğunda, von Neumann entropisi, maksimum dolaşmaya karşılık gelen maksimumdadır.

Klasik bilgi teorisinde H , Shannon entropisi , aşağıdaki şekilde bir olasılık dağılımı ile ilişkilidir :

Karışık durum ρ bir topluluk üzerindeki bir olasılık dağılımı olduğundan, bu doğal olarak von Neumann entropisinin tanımına yol açar :

Genel olarak, log 2 ( ρ ) gibi polinom olmayan bir fonksiyonu hesaplamak için Borel fonksiyonel hesabı kullanılır . Negatif olmayan ρ operatörü sonlu boyutlu bir Hilbert uzayı üzerinde hareket ediyorsa ve özdeğerleri varsa , log 2 ( ρ ) aynı özvektörlere sahip operatörden başka bir şey değil, özdeğerlere sahip operatör olur . Shannon entropisi şu şekildedir:

.

0 olasılıklı bir olay entropiye katkıda bulunmamalı ve

0 log(0) = 0 kuralı benimsenmiştir. Bu, sonsuz boyutlu duruma da uzanır: ρ spektral çözünürlüğe sahipse

hesaplarken aynı sözleşmeyi varsayalım

İstatistiksel mekanikte olduğu gibi , sistemin sahip olması gereken belirsizlik (mikro durum sayısı) ne kadar fazlaysa, entropi o kadar büyük olur. Örneğin, herhangi bir saf durumun entropisi sıfırdır; bu, saf haldeki bir sistem hakkında herhangi bir belirsizlik olmadığı için şaşırtıcı değildir. Yukarıda tartışılan dolanık durumun iki alt sisteminden herhangi birinin entropisi log(2) 'dir ( 2 × 2 karışık durum için maksimum entropi olarak gösterilebilir ).

Dolaşma ölçüsü olarak

Entropi, dolanıklığı ölçmek için kullanılabilecek bir araç sağlar, ancak başka dolaşma ölçütleri de mevcuttur. Genel sistem safsa, bir alt sistemin entropisi, diğer alt sistemlerle dolaşma derecesini ölçmek için kullanılabilir.

İki parçalı saf durumlar için, indirgenmiş durumların von Neumann entropisi, bir dolaşma ölçüsü için gerekli olan belirli aksiyomları karşılayan durumlar ailesi üzerindeki tek fonksiyon olması anlamında, dolaşmanın benzersiz ölçüsüdür.

Shannon entropisinin maksimumuna ve yalnızca tek biçimli olasılık dağılımında {1/ n ,...,1/ n } ulaşması klasik bir sonuçtur. Bu nedenle, iki parçalı bir saf durum ρH AH B , eğer ρ'nun her bir alt sisteminin indirgenmiş durumu köşegen matris ise, maksimum dolaşmış bir durum olduğu söylenir.

Karışık durumlar için, indirgenmiş von Neumann entropisi, tek makul dolaşma ölçüsü değildir.

Bir yana, bilgi-teorik tanım, istatistiksel mekanik anlamında entropi ile yakından ilişkilidir (bu bağlamda iki tanımı karşılaştırarak, Boltzmann sabitini k = 1 olarak ayarlamak gelenekseldir ). Örneğin, Borel fonksiyonel hesabının özelliklerine göre , herhangi bir üniter U operatörü için ,

Gerçekten de, bu özellik olmadan, von Neumann entropisi iyi tanımlanamazdı.

Özellikle, U sistemin zaman evrim operatörü olabilir, yani,

burada H sistemin Hamiltonyenidir . Burada entropi değişmez.

Bir sürecin tersine çevrilebilirliği, sonuçta ortaya çıkan entropi değişikliği ile ilişkilidir, yani bir süreç, ancak ve ancak sistemin entropisini değişmez bırakması durumunda tersine çevrilebilir. Bu nedenle, zaman okunun termodinamik dengeye doğru yürüyüşü, kuantum dolaşıklığın büyüyen yayılmasından başka bir şey değildir. Bu, kuantum bilgi teorisi ve termodinamik arasında bir bağlantı sağlar .

Rényi entropisi , dolaşma ölçüsü olarak da kullanılabilir.

Dolaşma önlemleri

Dolaşıklık ölçüleri, bir (genellikle iki parçalı olarak görülen) bir kuantum durumundaki dolaşıklık miktarını ölçer. Daha önce bahsedildiği gibi, dolaşıklık entropisi saf durumlar için standart dolaşıklık ölçüsüdür (ancak artık karışık durumlar için bir dolaşıklık ölçüsü değildir). Karışık durumlar için literatürde bazı dolaşma önlemleri vardır ve hiçbiri standart değildir.

Bu dolaşıklık önlemlerinin çoğu (hepsi değil) saf durumlar için dolaşıklık entropisine indirgenir ve hesaplanması zordur ( NP-zor ).

kuantum alan teorisi

Kuantum alan teorisinin Reeh -Schlieder teoremi bazen kuantum dolaşıklığın bir analogu olarak görülür.

Uygulamalar

Dolanıklığın kuantum bilgi teorisinde birçok uygulaması vardır . Dolaşma yardımıyla, aksi takdirde imkansız görevler başarılabilir.

Dolanıklığın en iyi bilinen uygulamaları arasında süper yoğun kodlama ve kuantum ışınlanma yer alır .

Çoğu araştırmacı, kuantum hesaplamayı gerçekleştirmek için dolaşıklığın gerekli olduğuna inanıyor (bu, bazıları tarafından tartışılsa da).

Dolaşıklık, bazı kuantum kriptografi protokollerinde kullanılır , ancak standart varsayımlar altında QKD'nin güvenliğini kanıtlamak için dolaşıklık gerektirmez. Bununla birlikte, QKD'nin cihazdan bağımsız güvenliği, iletişim ortakları arasındaki karışıklıktan yararlanarak gösterilmiştir.

karışık durumlar

Teoride ve deneylerde sıklıkla görülen birkaç kanonik dolaşık durum vardır.

İki kübit için Bell durumları

Bu dört saf durumun tümü ( dolanıklığın entropisine göre ) maksimum düzeyde dolaşıktır ve iki kübitin Hilbert uzayının ortonormal bir temelini (doğrusal cebir) oluşturur. Bell teoreminde temel bir rol oynarlar .

M>2 kübit için GHZ durumu

için Bell durumuna indirgenir . Geleneksel GHZ durumu için tanımlandı . GHZ durumları bazen qudits'e , yani 2 boyuttan ziyade d sistemlerine genişletilir.

Ayrıca M>2 kübitler için, spin sıkılmış durumlar vardır, zorunlu olarak dolaşmış olan spin ölçümlerinin belirsizliği üzerindeki belirli kısıtlamaları karşılayan bir sıkıştırılmış tutarlı durumlar sınıfı . Spin sıkıştırılmış durumlar, kuantum dolaşıklığı kullanarak hassas ölçümleri geliştirmek için iyi adaylardır.

İki bozonik mod için, bir NOON durumu

Bu, temel ket 0 ve 1'in " N foton bir modda" ve " N foton diğer modda" ile değiştirilmesi dışında Bell durumu gibidir .

Son olarak, bozonik modlar için bir Fock durumunu iki kola besleyerek oluşturulabilen ve bir ışın ayırıcıya yol açan ikiz Fock durumları da vardır . Bunlar, NOON durumlarının katlarının toplamıdır ve Heisenberg limitine ulaşmak için kullanılabilirler.

Uygun şekilde seçilen dolaşıklık ölçüleri için, Bell, GHZ ve NOON durumları maksimum dolanıkken, spin sıkma ve ikiz Fock durumları sadece kısmen dolanıktır. Kısmen dolaşık durumların deneysel olarak hazırlanması genellikle daha kolaydır.

Dolaşma yaratma yöntemleri

Dolaşıklık genellikle atom altı parçacıklar arasındaki doğrudan etkileşimler tarafından oluşturulur. Bu etkileşimler çeşitli biçimler alabilir. En yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri , polarizasyona karışmış bir çift foton üretmek için kendiliğinden parametrik aşağı dönüştürmedir . Diğer yöntemler arasında fotonları sınırlamak ve karıştırmak için bir fiber bağlayıcının kullanımı, bir kuantum noktasında bi-eksitonun bozunma kademesinden yayılan fotonlar, Hong -Ou-Mandel etkisinin kullanımı , vb. sayılabilir. Bell teoreminin en erken testlerinde , dolaşık parçacıklar atomik kaskadlar kullanılarak üretildi .

Dolaşıklık takası kullanılarak, hiçbir zaman doğrudan etkileşime girmeyen kuantum sistemleri arasında dolaşıklık yaratmak da mümkündür . Bağımsız olarak hazırlanmış iki özdeş parçacık, dalga fonksiyonlarının en azından kısmen, sadece uzamsal olarak örtüşmesi durumunda da dolanabilir.

Dolaşma için bir sistemi test etme

Yoğunluk matrisi ρ, ürün durumlarının dışbükey toplamı olarak yazılabilirse, ayrılabilir olarak adlandırılır.

olasılıklarla . Tanım olarak, ayrılabilir değilse bir durum dolaşmış demektir.

2-Qubit ve Qubit-Qutrit sistemleri için (sırasıyla 2 × 2 ve 2 × 3) basit Peres-Horodecki kriteri , ayrılabilirlik için hem gerekli hem de yeterli bir kriter sağlar ve böylece – istemeden – dolaşıklığı tespit etmek için. Bununla birlikte, genel durum için, problem genelleştirildiğinde NP-zor hale geldiğinden, kriter sadece ayrılabilirlik için gerekli bir kriterdir . Diğer ayrılabilirlik kriterleri arasında (ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere) aralık kriteri , azaltma kriteri ve belirsizlik ilişkilerine dayalı olanlar bulunur. Bkz. ayrık değişken sistemlerde ayrılabilirlik kriterlerinin bir incelemesi için ve Ref. ayrık değişken sistemlerde deneysel dolaşma sertifikasyonundaki teknikler ve zorluklar hakkında bir inceleme için.

Soruna sayısal bir yaklaşım Jon Magne Leinaas , Jan Myrheim ve Eirik Ovrum tarafından "Dolaşıklığın Geometrik Yönleri" adlı makalelerinde önerilmiştir. Leinaas ve ark. Test edilecek hedef duruma doğru tahmini ayrılabilir bir durumu yinelemeli olarak rafine ederek ve hedef duruma gerçekten ulaşılıp ulaşılamayacağını kontrol ederek sayısal bir yaklaşım sunar. Algoritmanın bir uygulaması (yerleşik bir Peres-Horodecki kriter testi dahil) "StateSeparator" web uygulamasıdır.

Sürekli değişken sistemlerde Peres-Horodecki kriteri de geçerlidir. Spesifik olarak, Simon, kanonik operatörlerin ikinci dereceden momentleri açısından Peres-Horodecki kriterinin belirli bir versiyonunu formüle etti ve bunun -mode Gauss durumları için gerekli ve yeterli olduğunu gösterdi (görünüşte farklı ama esasen eşdeğer bir yaklaşım için bkz. Ref.) . Daha sonra, Simon'ın koşulunun -mode Gauss durumları için de gerekli ve yeterli olduğu , ancak artık -mode Gauss durumları için yeterli olmadığı bulundu. Simon'ın durumu, kanonik operatörlerin yüksek dereceli momentleri dikkate alınarak veya entropik ölçüler kullanılarak genelleştirilebilir.

2016 yılında Çin, dünyanın ilk kuantum iletişim uydusunu fırlattı. 100 milyon dolarlık Uzay Ölçeğinde Kuantum Deneyleri (QUESS) görevi 16 Ağustos 2016'da kuzey Çin'deki Jiuquan Uydu Fırlatma Merkezi'nden yerel saatle 01:40'ta başlatıldı.

Önümüzdeki iki yıl boyunca, eski Çinli filozofun ardından "Micius" olarak adlandırılan zanaat, Dünya ile uzay arasındaki kuantum iletişiminin uygulanabilirliğini gösterecek ve benzeri görülmemiş mesafelerde kuantum dolaşıklığını test edecek.

16 Haziran 2017 tarihli Science , Yin ve ark. İki foton çiftinin hayatta kaldığını ve bir Bell eşitsizliğinin ihlal edildiğini gösteren, katı Einstein yerel koşulları altında, Micius uydusundan üslere kadar 2.37 ± 0.09'luk bir CHSH değerine ulaşan 1.203 km'lik yeni bir kuantum dolaşıklık mesafe rekoru belirleyen rapor Lijian, Yunnan ve Delingha, Quinhai'de önceki fiberoptik deneylere göre iletim verimliliğini bir büyüklük sırasına göre artırarak.

Doğal olarak dolaşık sistemler

Çok elektronlu atomların elektron kabukları her zaman dolaşmış elektronlardan oluşur. Doğru iyonlaşma enerjisi ancak elektron dolaşıklığı dikkate alınarak hesaplanabilir .

Fotosentez

Fotosentez sürecinde dolanıklığın, ışık toplama kompleksleri ile absorbe edilen her bir fotonun enerjisinin kimyasal enerji şeklinde toplandığı fotosentetik reaksiyon merkezleri arasındaki enerji transferinde rol oynadığı öne sürülmüştür . Böyle bir süreç olmadan ışığın kimyasal enerjiye verimli dönüşümü açıklanamaz. Femtosaniye spektroskopisi kullanılarak , Fenna-Matthews-Olson kompleksindeki dolaşıklığın tutarlılığı, bu teoriye destek sağlayan yüzlerce femtosaniye (bu açıdan nispeten uzun bir süre) üzerinden ölçüldü . Bununla birlikte, kritik takip çalışmaları bu sonuçların yorumlanmasını sorgular ve elektronik kuantum tutarlılığının rapor edilen imzalarını kromoforlardaki nükleer dinamiklere veya fizyolojik sıcaklıklardan ziyade kriyojenikte gerçekleştirilen deneylere atar.

Makroskopik nesnelerin dolaşıklığı

2020'de araştırmacılar , milimetre boyutunda bir mekanik osilatörün hareketi ile bir atom bulutunun farklı bir uzak dönüş sistemi arasındaki kuantum dolaşıklığı bildirdiler . Daha sonraki çalışmalar, bu çalışmayı iki mekanik osilatörü kuantum dolaştırarak tamamladı.

Canlı sistemlerin unsurlarının dolaşıklığı

Ekim 2018'de fizikçiler , özellikle canlı bakteriler içindeki fotosentetik moleküller ve nicelenmiş ışık arasında, canlı organizmaları kullanarak kuantum dolaşıklığı ürettiğini bildirdiler .

Canlı organizmalar (yeşil kükürt bakterileri), aksi takdirde etkileşime girmeyen ışık modları arasında kuantum dolaşıklığı yaratmak için arabulucular olarak incelenmiştir, bu da ışık ve bakteri modları arasında yüksek derecede karışıklık ve hatta bir dereceye kadar bakteri içinde dolaşıklık gösterir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar