Teorema Cpt ed entanglement quantistico. Verso un Internet quantistico: svelare la storia dell'entanglement quantistico e del satellite cinese. Il vantaggio aggiuntivo del trasferimento di dati quantistici

entanglement quantistico, il fenomeno più ambiguo della meccanica quantistica, che Albert Einstein chiamò "azione fantasma a distanza", potrebbe essere ancora più "confuso" di quanto si affermi teorie moderne. I fisici delle università di Washington e New York ritengono che questo fenomeno sia correlato ai wormhole, ipotetiche caratteristiche dello spazio-tempo che, secondo la fantascienza moderna, possono fornire una rapida transizione da una parte all'altra dell'universo.

L'entanglement quantistico è un fenomeno in cui gli stati quantistici di un sistema di più corpi diventano interconnessi. Questa connessione viene mantenuta anche se gli oggetti sono separati da distanze tali che non si verificano interazioni note tra di loro. Inoltre, nel concetto fisico ci sono concetti di corto e lungo raggio. Secondo la teoria del corto raggio, l'interazione tra i corpi viene trasmessa con l'aiuto di un terzo collegamento e con una velocità finita. Ad esempio, l'interazione elettromagnetica con l'aiuto di campo elettromagnetico. Secondo la teoria dell'interazione a lungo raggio, l'interazione tra oggetti viene trasmessa senza un elemento aggiuntivo, attraverso il vuoto ea qualsiasi distanza. L'interazione in questo caso avviene ad una velocità infinitamente alta. Ad esempio, si può prendere la forza gravità dalla teoria newtoniana della gravità.

Come risultato dell'entanglement quantistico, un gruppo di particelle interagiscono in modi che determinano il comportamento di una particella rispetto al comportamento delle altre. Ad esempio, in una coppia di particelle aggrovigliate, se si osserva un certo spin in una particella, nell'altra particella si osserverà l'opposto. Einstein definì tale interazione spettrale proprio a causa della persistenza dell'entanglement, non importa quanto distanti siano le particelle. Se cambia il comportamento di una particella, cambia anche il comportamento della particella associata.

Wormhole tra due buchi neri. Fonte: Alan Stonebraker/American Physical Society

Studi recenti hanno dimostrato che le caratteristiche dei cosiddetti wormhole coincidono se due buchi neri sono stati precedentemente impigliati e poi separati da una certa distanza. Anche se i buchi neri si trovassero alle estremità opposte dell'universo, un wormhole potrebbe collegarli. Ma che i buchi neri siano piccoli come un atomo o più grandi del nostro Sole (che si osserva ovunque nell'Universo), la loro gravità è così forte che nemmeno la luce può sfuggire alla presa gravitazionale. Se due buchi neri fossero impigliati, una persona che si trova oltre l'orizzonte degli eventi del primo buco nero non sarebbe comunque in grado di sapere cosa sta succedendo oltre l'orizzonte degli eventi del secondo buco nero. Per comunicare con la persona dall'altra parte, entrambi dovrebbero entrare nei loro buchi neri. Quindi, lo spazio circostante sarà lo stesso.

• Traduzione

L'entanglement quantistico è uno dei concetti più complessi della scienza, ma i suoi principi di base sono semplici. E se lo capisci, l'entanglement apre la strada a una migliore comprensione di concetti come i molti mondi della teoria quantistica.

Un'incantevole aura di mistero circonda la nozione di entanglement quantistico, così come l'affermazione (in qualche modo) correlata della teoria quantistica secondo cui devono esserci "molti mondi". Eppure, in fondo, queste sono idee scientifiche con un significato mondano e applicazioni specifiche. Vorrei spiegare i concetti di entanglement e molti mondi in modo semplice e chiaro come li conosco io stesso.

io

Si pensa che l'entanglement sia un fenomeno unico nella meccanica quantistica, ma non lo è. In effetti, sarebbe più comprensibile (sebbene un approccio insolito) iniziare con una versione semplice, non quantistica (classica) dell'entanglement. Questo ci permetterà di separare le sottigliezze associate all'entanglement stesso dalle altre stranezze della teoria quantistica.

L'entanglement appare in situazioni in cui abbiamo informazioni parziali sullo stato di due sistemi. Ad esempio, due oggetti possono diventare i nostri sistemi: chiamiamoli kaon. "K" indicherà oggetti "classici". Ma se vuoi davvero immaginare qualcosa di concreto e piacevole, immagina che queste siano torte.

I nostri kaon avranno due forme, quadrate o rotonde, e queste forme indicheranno i loro possibili stati. Quindi i quattro possibili stati congiunti di due kaoni saranno: (quadrato, quadrato), (quadrato, cerchio), (cerchio, quadrato), (cerchio, cerchio). La tabella mostra la probabilità che il sistema si trovi in ​​uno dei quattro stati elencati.

Diremo che i kaon sono "indipendenti" se la conoscenza dello stato di uno di essi non ci fornisce informazioni sullo stato dell'altro. E questa tabella ha una tale proprietà. Se il primo kaon (torta) è quadrato, non conosciamo ancora la forma del secondo. Al contrario, la forma del secondo non ci dice nulla sulla forma del primo.

D'altra parte, diciamo che due kaon sono intrecciati se le informazioni su uno migliorano la nostra conoscenza dell'altro. La seconda tavoletta ci mostrerà un forte entanglement. In questo caso, se il primo kaon è rotondo, sapremo che anche il secondo è rotondo. E se il primo kaon è quadrato, il secondo sarà lo stesso. Conoscendo la forma di uno, possiamo determinare in modo univoco la forma dell'altro.

La versione quantistica dell'entanglement sembra, infatti, la stessa: è una mancanza di indipendenza. Nella teoria quantistica, gli stati sono descritti da oggetti matematici chiamati funzioni d'onda. Le regole che combinano le funzioni d'onda con le possibilità fisiche danno origine a complicazioni molto interessanti, di cui parleremo più avanti, ma il concetto base di conoscenza entanglement che abbiamo dimostrato per il caso classico rimane lo stesso.

Sebbene le torte non possano essere considerate sistemi quantistici, l'entanglement nei sistemi quantistici si verifica naturalmente, ad esempio dopo le collisioni di particelle. In pratica, gli stati non aggrovigliati (indipendenti) possono essere considerati eccezioni rare, poiché le correlazioni sorgono tra loro durante l'interazione dei sistemi.

Consideriamo, ad esempio, le molecole. Sono costituiti da sottosistemi, in particolare elettroni e nuclei. Lo stato energetico minimo di una molecola, in cui si trova di solito, è uno stato altamente intrecciato di elettroni e un nucleo, poiché la disposizione di queste particelle costituenti non sarà in alcun modo indipendente. Quando il nucleo si muove, l'elettrone si muove con esso.

Torniamo al nostro esempio. Se scriviamo Φ■, Φ● come funzioni d'onda che descrivono il sistema 1 nei suoi stati quadrati o rotondi, e ψ■, ψ● per funzioni d'onda che descrivono il sistema 2 nei suoi stati quadrati o rotondi, allora nel nostro esempio di lavoro, tutti gli stati possono essere descritto, come:

Indipendente: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Impigliato: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

La versione indipendente può anche essere scritta come:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Si noti come in quest'ultimo caso le parentesi separino nettamente il primo e il secondo sistema in parti indipendenti.

Ci sono molti modi per creare stati entangled. Uno è misurare il sistema composito che fornisce informazioni parziali. È possibile sapere, ad esempio, che due sistemi hanno concordato di essere della stessa forma senza sapere quale forma hanno scelto. Questo concetto diventerà importante poco dopo.

Le conseguenze più caratteristiche dell'entanglement quantistico, come gli effetti Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) e Greenberg-Horn-Seilinger (GHZ), derivano dalla sua interazione con un'altra proprietà della teoria quantistica chiamata "principio di complementarità". Per discutere di EPR e GHZ, permettetemi innanzitutto di presentarvi questo principio.

Fino a questo punto, abbiamo immaginato che i kaon abbiano due forme (quadrata e rotonda). Ora immagina che siano disponibili anche in due colori: rosso e blu. Considerando i sistemi classici come le torte, questa proprietà aggiuntiva significherebbe che un kaon può esistere in uno dei quattro possibili stati: quadrato rosso, cerchio rosso, quadrato blu e cerchio blu.

Ma le torte quantistiche sono torte quantistiche... O quantoni... Si comportano in modo abbastanza diverso. Il fatto che un quantone in alcune situazioni possa avere una forma e un colore diversi non significa necessariamente che abbia contemporaneamente sia una forma che un colore. In realtà, buon senso, che Einstein pretendeva dalla realtà fisica, non corrisponde ai fatti sperimentali, che vedremo presto.

Possiamo misurare la forma di un quantone, ma così facendo perdiamo tutte le informazioni sul suo colore. Oppure possiamo misurare un colore ma perdere informazioni sulla sua forma. Secondo la teoria quantistica, non possiamo misurare contemporaneamente forma e colore. La visione di nessuno della realtà quantistica è completa; bisogna tenere conto di molte immagini diverse e mutuamente esclusive, ognuna delle quali ha una propria idea incompleta di ciò che sta accadendo. Questa è l'essenza del principio di complementarità, così come è stato formulato da Niels Bohr.

Di conseguenza, la teoria quantistica ci costringe a stare attenti nell'attribuire proprietà alla realtà fisica. Per evitare polemiche, si deve riconoscere che:

Non c'è proprietà se non è stata misurata.
La misurazione è un processo attivo che modifica il sistema da misurare

II

Descriviamo ora due esempi, ma non classici, illustrazioni delle stranezze della teoria quantistica. Entrambi sono stati testati in esperimenti rigorosi (negli esperimenti reali, le persone non misurano le forme ei colori delle torte, ma il momento angolare degli elettroni).

Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen (EPR) hanno descritto lo straordinario effetto che si verifica quando due sistemi quantistici sono intrecciati. L'effetto EPR combina una forma speciale, sperimentalmente realizzabile di entanglement quantistico con il principio di complementarità.

Una coppia EPR è composta da due quantoni, ciascuno dei quali può essere misurato in forma o colore (ma non entrambi). Supponiamo di avere molte di queste coppie, sono tutte uguali, e possiamo scegliere quali misurazioni prendiamo sui loro componenti. Se misuriamo la forma di uno dei membri della coppia EPR, è altrettanto probabile che otteniamo un quadrato o un cerchio. Se misuriamo il colore, con la stessa probabilità otteniamo rosso o blu.

Interessanti effetti che sembravano paradossali per EPR si verificano quando misuriamo entrambi i membri della coppia. Quando misuriamo il colore di entrambi i membri, o la loro forma, scopriamo che i risultati corrispondono sempre. Cioè, se scopriamo che uno di loro è rosso e poi misuriamo il colore del secondo, scopriamo anche che è rosso - e così via. D'altra parte, se misuriamo la forma dell'uno e il colore dell'altro, non si osserva alcuna correlazione. Cioè, se il primo era un quadrato, il secondo con la stessa probabilità può essere blu o rosso.

Secondo la teoria quantistica, otterremo tali risultati anche se i due sistemi sono separati da un'enorme distanza e le misurazioni vengono eseguite quasi contemporaneamente. La scelta del tipo di misurazione in una posizione sembra influenzare lo stato del sistema altrove. Questa "azione spaventosa a distanza", come la definì Einstein, sembra richiedere la trasmissione di informazioni - nel nostro caso, informazioni sulla misurazione effettuata - a una velocità superiore a quella della luce.

Ma lo è? Finché non so che risultato hai ottenuto, non so cosa aspettarmi. Ottengo informazioni utili quando ottengo il tuo risultato, non quando effettui una misurazione. E qualsiasi messaggio contenente il risultato che hai ricevuto deve essere trasmesso in qualche modo fisico, più lento della velocità della luce.

Con ulteriori studi, il paradosso è ancora più distrutto. Consideriamo lo stato del secondo sistema, se la misura del primo ha dato un colore rosso. Se decidiamo di misurare il colore del secondo quantone, otteniamo il rosso. Ma per il principio di complementarità, se decidiamo di misurarne la forma quando è nello stato "rosso", avremo le stesse possibilità di ottenere un quadrato o un cerchio. Pertanto, il risultato dell'EPR è logicamente predeterminato. Questa è solo una rivisitazione del principio di complementarità.

Non c'è paradosso nel fatto che eventi lontani siano correlati. Dopotutto, se mettiamo uno dei due guanti di una coppia in scatole e lo mandiamo in diverse parti del pianeta, non sorprende che guardando in una scatola, posso determinare a quale mano è destinato l'altro guanto. Allo stesso modo, in tutti i casi, la correlazione delle coppie EPR deve essere fissata su di esse quando sono vicine in modo che possano resistere alla successiva separazione come se avessero memoria. La stranezza del paradosso EPR non sta nella possibilità di correlazione in sé, ma nella possibilità della sua conservazione sotto forma di addizioni.

III

Daniel Greenberger, Michael Horn e Anton Zeilinger hanno scoperto un altro grande esempio di entanglement quantistico. Comprende tre dei nostri quantoni, che si trovano in uno stato entangled appositamente preparato (stato GHZ). Distribuiamo ciascuno di essi a diversi sperimentatori remoti. Ognuno sceglie, in modo indipendente e casuale, se misurare un colore o una forma e registra il risultato. L'esperimento viene ripetuto molte volte, ma sempre con tre quantoni nello stato GHZ.

Ogni singolo sperimentatore riceve risultati casuali. Misurando la forma del quantone, ottiene un quadrato o un cerchio con uguale probabilità; misurando il colore del quantone, ottiene rosso o blu con uguale probabilità. Mentre tutto è normale.

Ma quando gli sperimentatori si riuniscono e confrontano i risultati, l'analisi rivela un risultato sorprendente. Diciamo che chiamiamo "genere" la forma quadrata e il colore rosso, e i cerchi e Colore blu- "il male". Gli sperimentatori scoprono che se due di loro decidono di misurare la forma e il terzo sceglie il colore, allora 0 o 2 misurazioni sono "malvagie" (cioè rotonde o blu). Ma se tutti e tre decidono di misurare il colore, allora 1 o 3 misurazioni sono malvagie. La meccanica quantistica lo prevede, ed è esattamente ciò che accade.

Domanda: La quantità di male è pari o dispari? Entrambe le possibilità sono realizzate in diverse dimensioni. Dobbiamo abbandonare questo problema. Non ha senso parlare della quantità di male in un sistema senza considerare come viene misurato. E questo porta a contraddizioni.

L'effetto GHZ, come lo descrive il fisico Sidney Colman, è "uno schiaffo in faccia alla meccanica quantistica". Rompe l'aspettativa abituale e appresa che i sistemi fisici abbiano proprietà predeterminate indipendentemente dalla loro misurazione. Se così fosse, l'equilibrio tra bene e male non dipenderebbe dalla scelta dei tipi di misurazione. Una volta che accetti l'esistenza dell'effetto GHZ, non lo dimenticherai e i tuoi orizzonti si allargheranno.

IV

Per ora, stiamo parlando di come l'entanglement ci impedisce di assegnare stati indipendenti univoci a più quantoni. Lo stesso ragionamento si applica ai cambiamenti in un quantone che si verificano nel tempo.

Si tratta di "storie intrecciate" quando è impossibile assegnare un certo stato al sistema in ogni momento. Proprio come escludiamo le possibilità nell'entanglement tradizionale, possiamo anche creare storie intrecciate effettuando misurazioni che raccolgono informazioni parziali su eventi passati. Nelle storie intrecciate più semplici, abbiamo un quantone che studiamo in due diversi momenti. Possiamo immaginare una situazione in cui determiniamo che la forma del nostro quantone era quadrata entrambe le volte, o rotonda entrambe le volte, ma entrambe le situazioni rimangono possibili. Questa è un'analogia quantistica temporale con le varianti più semplici di entanglement descritte in precedenza.

Utilizzando un protocollo più complesso, possiamo aggiungere un po' di addizionalità a questo sistema e descrivere le situazioni che causano la proprietà "a molti mondi" della teoria quantistica. Il nostro quantone può essere preparato allo stato rosso, quindi misurato e ottenuto in blu. E come negli esempi precedenti, non possiamo basi permanenti assegnare al quantone la proprietà del colore nell'intervallo tra due dimensioni; non ha una forma definita. Tali storie realizzano, in modo limitato ma completamente controllato e preciso, l'intuizione insita nel quadro dei molti mondi della meccanica quantistica. Un certo stato può dividersi in due traiettorie storiche contraddittorie, che poi si riconnettono.

Erwin Schrödinger, il fondatore della teoria quantistica, che era scettico sulla sua correttezza, ha sottolineato che l'evoluzione dei sistemi quantistici porta naturalmente a stati, la cui misurazione può dare risultati estremamente diversi. Il suo esperimento mentale con il "gatto di Schrödinger" postula, come sapete, l'incertezza quantistica, portata al livello di influenza sulla mortalità felina. Prima della misurazione, è impossibile assegnare la proprietà della vita (o della morte) a un gatto. Entrambi, o nessuno dei due, esistono insieme in un mondo di possibilità ultraterreno.

Il linguaggio quotidiano non è adatto a spiegare la complementarità quantistica, in parte perché l'esperienza quotidiana non la include. I gatti pratici interagiscono con le molecole d'aria circostanti e altri oggetti, in modi completamente diversi, a seconda che siano vivi o morti, quindi in pratica la misurazione è automatica e il gatto continua a vivere (o non a vivere). Ma le storie descrivono i quantoni, che sono i gattini di Schrödinger, con complessità. La loro descrizione completa richiede che prendiamo in considerazione due traiettorie di proprietà che si escludono a vicenda.

La realizzazione sperimentale controllata di storie entangled è una cosa delicata, poiché richiede la raccolta di informazioni parziali sui quantoni. Le misurazioni quantistiche convenzionali di solito raccolgono tutte le informazioni in una volta, ad esempio determinano forma esatta o colore esatto - invece di ottenere informazioni parziali più volte. Ma si può fare, anche se con estrema difficoltà tecniche. In questo modo, possiamo assegnare un certo significato matematico e sperimentale alla diffusione del concetto di "molti mondi" nella teoria quantistica, e dimostrarne la realtà.

Il fogliame dorato degli alberi brillava brillantemente. I raggi del sole della sera sfioravano le cime assottigliate. La luce irrompeva tra i rami e metteva in scena uno spettacolo di bizzarre figure tremolanti sul muro dell'università "kapterka".

Lo sguardo pensoso di Sir Hamilton si mosse lentamente, osservando il gioco del chiaroscuro. Nella testa del matematico irlandese c'era un vero crogiolo di pensieri, idee e conclusioni. Era ben consapevole che la spiegazione di molti fenomeni con l'aiuto della meccanica newtoniana è come il gioco di ombre sul muro, che intrecciano ingannevolmente figure e lasciano molte domande senza risposta. "Forse è un'onda... o forse è un flusso di particelle", ha riflettuto lo scienziato, "o la luce è una manifestazione di entrambi i fenomeni. Come figure intessute di ombra e luce.

L'inizio della fisica quantistica

È interessante osservare grandi persone e cercare di capire come nascono grandi idee che cambiano il corso dell'evoluzione di tutta l'umanità. Hamilton è uno di quelli che si sono fermati alle origini della fisica quantistica. Cinquant'anni dopo, all'inizio del Novecento, lo studio particelle elementari molti scienziati hanno fatto. Le conoscenze acquisite erano incoerenti e non compilate. Tuttavia, i primi passi traballanti sono stati fatti.

Comprendere il micromondo all'inizio del XX secolo

Nel 1901 fu presentato il primo modello dell'atomo e ne fu mostrato il fallimento, dal punto di vista dell'elettrodinamica ordinaria. Nello stesso periodo Max Planck e Niels Bohr pubblicarono molti lavori sulla natura dell'atomo. Nonostante la loro completa comprensione della struttura dell'atomo non esisteva.

Pochi anni dopo, nel 1905, il poco noto scienziato tedesco Albert Einstein pubblicò un rapporto sulla possibilità dell'esistenza di un quanto di luce in due stati: ondulatorio e corpuscolare (particelle). Nel suo lavoro sono state fornite argomentazioni che spiegano il motivo del fallimento del modello. Tuttavia, la visione di Einstein era limitata dalla vecchia comprensione del modello dell'atomo.

Dopo numerosi lavori di Niels Bohr e dei suoi colleghi nel 1925, nacque una nuova direzione: una sorta di meccanica quantistica. Un'espressione comune - "meccanica quantistica" apparve trent'anni dopo.

Cosa sappiamo dei quanti e delle loro stranezze?

Oggi, la fisica quantistica è andata abbastanza lontano. Sono stati scoperti molti fenomeni diversi. Ma cosa sappiamo veramente? La risposta è presentata da uno scienziato moderno. "Si può credere nella fisica quantistica o non capirla", è la definizione. Pensaci tu stesso. Basterà citare un fenomeno come l'entanglement quantistico delle particelle. Questo fenomeno ha portato mondo scientifico in uno stato di totale confusione. Ancora più scioccante è che il paradosso risultante è incompatibile con Einstein.

L'effetto dell'entanglement quantistico dei fotoni fu discusso per la prima volta nel 1927 al quinto Congresso Solvay. Sorse un'accesa discussione tra Niels Bohr ed Einstein. Il paradosso dell'entanglement quantistico ha completamente cambiato la comprensione dell'essenza del mondo materiale.

È noto che tutti i corpi sono costituiti da particelle elementari. Di conseguenza, tutti i fenomeni della meccanica quantistica si riflettono nel mondo ordinario. Niels Bohr ha detto che se non guardiamo la luna, allora non esiste. Einstein lo considerava irragionevole e credeva che l'oggetto esistesse indipendentemente dall'osservatore.

Quando si studiano i problemi della meccanica quantistica, si dovrebbe capire che i suoi meccanismi e le sue leggi sono interconnessi e non obbediscono alla fisica classica. Proviamo a capire l'area più controversa: l'entanglement quantistico delle particelle.

La teoria dell'entanglement quantistico

Per cominciare, vale la pena capire che la fisica quantistica è come un pozzo senza fondo in cui puoi trovare tutto ciò che vuoi. Il fenomeno dell'entanglement quantistico all'inizio del secolo scorso è stato studiato da Einstein, Bohr, Maxwell, Boyle, Bell, Planck e molti altri fisici. Per tutto il ventesimo secolo, migliaia di scienziati in tutto il mondo lo hanno studiato e sperimentato attivamente.

Il mondo è soggetto alle rigide leggi della fisica

Perché un tale interesse per i paradossi della meccanica quantistica? Tutto è molto semplice: viviamo, obbedendo a determinate leggi del mondo fisico. La capacità di “bypassare” la predestinazione apre una porta magica dietro la quale tutto diventa possibile. Ad esempio, il concetto di "gatto di Schrödinger" porta al controllo della materia. Diventerà anche possibile teletrasportare informazioni, che provocano l'entanglement quantistico. La trasmissione delle informazioni diventerà istantanea, indipendentemente dalla distanza.
Questo problema è ancora allo studio, ma ha un andamento positivo.

Analogia e comprensione

Cosa rende unico l'entanglement quantistico, come comprenderlo e cosa succede con esso? Proviamo a capirlo. Ciò richiederà qualche esperimento mentale. Immagina di avere due scatole tra le mani. Ognuno di essi contiene una pallina con una striscia. Ora diamo una scatola all'astronauta e lui vola su Marte. Non appena apri la scatola e vedi che la striscia sulla palla è orizzontale, nell'altra scatola la palla avrà automaticamente una striscia verticale. Questo sarà un entanglement quantistico. in parole semplici pronunciato: un oggetto predetermina la posizione di un altro.

Tuttavia, dovrebbe essere chiaro che questa è solo una spiegazione superficiale. Per ottenere l'entanglement quantistico, è necessario che le particelle abbiano la stessa origine, come i gemelli.

È molto importante capire che l'esperimento verrà interrotto se qualcuno prima di te avesse l'opportunità di guardare almeno uno degli oggetti.

Dove può essere utilizzato l'entanglement quantistico?

Il principio dell'entanglement quantistico può essere utilizzato per trasmettere informazioni istantaneamente su lunghe distanze. Tale conclusione contraddice la teoria della relatività di Einstein. Dice che la velocità massima di movimento è inerente solo alla luce: trecentomila chilometri al secondo. Tale trasferimento di informazioni rende possibile l'esistenza del teletrasporto fisico.

Tutto nel mondo è informazione, inclusa la materia. I fisici quantistici sono giunti a questa conclusione. Nel 2008, sulla base di un database teorico, è stato possibile vedere l'entanglement quantistico ad occhio nudo.

Questo indica ancora una volta che siamo sull'orlo di grandi scoperte: movimento nello spazio e nel tempo. Il tempo nell'universo è discreto, quindi movimento istantaneo su grandi distanze permette di entrare in diverse densità di tempo (sulla base delle ipotesi di Einstein, Bohr). Forse in futuro sarà una realtà proprio come lo è oggi il cellulare.

Dinamica eterica e entanglement quantistico

Secondo alcuni scienziati di spicco, l'entanglement quantistico è spiegato dal fatto che lo spazio è pieno di una specie di etere - materia nera. Qualsiasi particella elementare, come sappiamo, esiste sotto forma di onda e corpuscolo (particella). Alcuni scienziati ritengono che tutte le particelle siano sulla "tela" dell'energia oscura. Questo non è facile da capire. Proviamo a capirlo in un altro modo: il metodo di associazione.

Immaginati al mare. Brezza leggera e una leggera brezza. Vedi le onde? E da qualche parte in lontananza, nei riflessi dei raggi del sole, è visibile una barca a vela.
La nave sarà la nostra particella elementare e il mare sarà l'etere (energia oscura).
Il mare può essere in movimento sotto forma di onde visibili e gocce d'acqua. Allo stesso modo, tutte le particelle elementari possono essere solo un mare (la sua parte integrante) o una particella separata: una goccia.

Questo è un esempio semplificato, tutto è un po' più complicato. Le particelle senza la presenza di un osservatore hanno la forma di un'onda e non hanno una posizione specifica.

La barca a vela bianca è un oggetto distinto, si differenzia dalla superficie e dalla struttura dell'acqua di mare. Allo stesso modo, ci sono "picchi" nell'oceano di energia che possiamo percepire come una manifestazione delle forze a noi note che hanno plasmato la parte materiale del mondo.

Il micromondo vive secondo le proprie leggi

Il principio dell'entanglement quantistico può essere compreso se prendiamo in considerazione il fatto che le particelle elementari sono sotto forma di onde. Senza una posizione e caratteristiche specifiche, entrambe le particelle si trovano in un oceano di energia. Nel momento in cui appare l'osservatore, l'onda “si trasforma” in un oggetto accessibile al tatto. La seconda particella, osservando il sistema di equilibrio, acquisisce proprietà opposte.

L'articolo descritto non è finalizzato a descrizioni scientifiche capienti mondo quantistico. La capacità di comprendere una persona comune si basa sulla disponibilità di comprensione del materiale presentato.

La fisica delle particelle elementari studia l'entanglement degli stati quantistici in base allo spin (rotazione) di una particella elementare.

Nel linguaggio scientifico (semplificato) - l'entanglement quantistico è definito da diversi spin. Nel processo di osservazione degli oggetti, gli scienziati hanno visto che possono esistere solo due rotazioni: lungo e trasversalmente. Stranamente, in altre posizioni, le particelle non "posano" per l'osservatore.

Nuova ipotesi: una nuova visione del mondo

Lo studio del microcosmo - lo spazio delle particelle elementari - ha dato origine a molte ipotesi e ipotesi. L'effetto dell'entanglement quantistico ha spinto gli scienziati a pensare all'esistenza di una sorta di microreticolo quantistico. Secondo loro, ad ogni nodo - il punto di intersezione - c'è un quanto. Tutta l'energia è un reticolo integrale e la manifestazione e il movimento delle particelle è possibile solo attraverso i nodi del reticolo.

La dimensione della "finestra" di tale grata è piuttosto piccola e la misura equipaggiamento moderno impossibile. Tuttavia, per confermare o confutare questa ipotesi, gli scienziati hanno deciso di studiare il movimento dei fotoni in un reticolo quantistico spaziale. La linea di fondo è che un fotone può muoversi sia dritto che a zigzag, lungo la diagonale del reticolo. Nel secondo caso, superata una distanza maggiore, spenderà più energie. Di conseguenza, sarà diverso da un fotone che si muove in linea retta.

Forse, nel tempo, impareremo che viviamo in una griglia quantistica spaziale. Oppure potrebbe rivelarsi sbagliato. Tuttavia, è il principio dell'entanglement quantistico che indica la possibilità dell'esistenza di un reticolo.

Se parlare linguaggio semplice, quindi in un ipotetico "cubo" spaziale la definizione di una faccia assume un chiaro significato opposto all'altra. Questo è il principio di preservare la struttura dello spazio-tempo.

Epilogo

Per capire la magia e mondo misterioso fisica quantistica, vale la pena dare un'occhiata più da vicino al corso di sviluppo della scienza negli ultimi cinquecento anni. Un tempo la Terra era piatta, non sferica. Il motivo è ovvio: se prendi la sua forma rotonda, l'acqua e le persone non resisteranno.

Come si vede, il problema esisteva in assenza di una visione completa di tutte le forze agenti. È possibile questo scienza moderna per capire la fisica quantistica, non basta vedere tutte le forze agenti. Le lacune visive danno origine a un sistema di contraddizioni e paradossi. Forse il magico mondo della meccanica quantistica contiene le risposte alle domande poste.

entanglement quantistico

entanglement quantistico (entanglement) (eng. Entanglement) - un fenomeno quantomeccanico in cui lo stato quantistico di due o più oggetti deve essere descritto in relazione tra loro, anche se i singoli oggetti sono separati nello spazio. Di conseguenza, ci sono correlazioni tra l'osservato Proprietà fisiche oggetti. Ad esempio, è possibile preparare due particelle che si trovano nello stesso stato quantistico in modo tale che quando una particella è osservata in uno stato con uno spin diretto verso l'alto, lo spin dell'altra risulti essere diretto verso il basso, e viceversa, e questo nonostante il fatto che, secondo la meccanica quantistica, si prevede che quali direzioni si ottengono effettivamente ogni volta sia impossibile. In altre parole, sembra che le misurazioni effettuate su un sistema abbiano un effetto istantaneo su quello che vi è coinvolto. Tuttavia, ciò che si intende per informazione in senso classico non può ancora essere trasmesso attraverso l'entanglement più velocemente che alla velocità della luce.
In precedenza, il termine originale "entanglement" era tradotto nel senso opposto - come entanglement, ma il significato della parola è mantenere una connessione anche dopo una complessa biografia di una particella quantistica. Quindi in presenza di una connessione tra due particelle in una bobina di un sistema fisico, “tirando” una particella, era possibile determinarne l'altra.

L'entanglement quantistico è la base delle future tecnologie come il computer quantistico e la crittografia quantistica, ed è stato utilizzato anche in esperimenti su teletrasporto quantistico. In termini teorici e filosofici, questo fenomeno è una delle proprietà più rivoluzionarie della teoria quantistica, poiché si può notare che le correlazioni previste dalla meccanica quantistica sono del tutto incompatibili con le nozioni di località apparentemente ovvia del mondo reale, in cui le informazioni sullo stato del sistema può essere trasmesso solo attraverso il suo ambiente immediato. Diverse visioni di ciò che effettivamente accade durante il processo di entanglement della meccanica quantistica portano a interpretazioni diverse della meccanica quantistica.

Sfondo

Nel 1935 Einstein, Podolsky e Rosen formularono il famoso paradosso Einstein-Podolsky-Rosen, che dimostrò che la meccanica quantistica diventa una teoria non locale a causa della connettività. Sappiamo come Einstein ridicolizzasse la connettività, definendola "azione da incubo a distanza". Naturalmente, la connettività non locale ha confutato il postulato di TO sulla velocità limite della luce (trasmissione del segnale).

D'altra parte, la meccanica quantistica è stata eccellente nel predire i risultati sperimentali, e infatti sono state osservate anche forti correlazioni dovute al fenomeno dell'entanglement. C'è un modo che sembra avere successo nello spiegare l'entanglement quantistico, un approccio di "teoria delle variabili nascoste" in cui alcuni parametri microscopici sconosciuti sono responsabili delle correlazioni. Tuttavia, nel 1964, J.S. Bell dimostrò che una teoria locale "buona" non può comunque essere costruita in questo modo, cioè l'entanglement previsto dalla meccanica quantistica può essere distinto sperimentalmente dai risultati previsti da un'ampia classe di teorie con parametri locali nascosti . I risultati degli esperimenti successivi hanno fornito una sorprendente conferma della meccanica quantistica. Alcuni controlli mostrano che ci sono una serie di colli di bottiglia in questi esperimenti, ma è generalmente accettato che non siano significativi.

La connettività ha un'interessante relazione con il principio di relatività, che afferma che le informazioni non possono viaggiare da un luogo all'altro più velocemente della velocità della luce. Sebbene due sistemi possano essere separati da una grande distanza ed essere ancora intrecciati, è impossibile trasmettere informazioni utili attraverso la loro connessione, quindi la causalità non viene violata a causa dell'entanglement. Ciò accade per due motivi:
1. i risultati delle misure in meccanica quantistica sono fondamentalmente probabilistici;
2. Il teorema della clonazione dello stato quantistico vieta la verifica statistica degli stati entangled.

Cause dell'influenza delle particelle

Nel nostro mondo, ci sono stati speciali di diverse particelle quantistiche - stati entangled in cui si osservano correlazioni quantistiche (in generale, la correlazione è una relazione tra eventi al di sopra del livello delle coincidenze casuali). Queste correlazioni possono essere rilevate sperimentalmente, cosa che è stata eseguita per la prima volta più di vent'anni fa e ora viene utilizzata di routine in una varietà di esperimenti. Nel mondo classico (cioè non quantistico), ci sono due tipi di correlazioni: quando un evento è la causa di un altro, o quando entrambi hanno una causa comune. Nella teoria quantistica, sorge un terzo tipo di correlazione, associato alle proprietà non locali degli stati entangled di diverse particelle. Questo terzo tipo di correlazione è difficile da immaginare usando analogie familiari di tutti i giorni. O forse queste correlazioni quantistiche sono il risultato di qualche nuova interazione finora sconosciuta, a causa della quale le particelle entangled (e solo loro!) si influenzano a vicenda?

Vale subito la pena sottolineare l'“anomalia” di tale ipotetica interazione. Le correlazioni quantistiche si osservano anche se il rilevamento di due particelle separate da una grande distanza avviene simultaneamente (entro i limiti degli errori sperimentali). Ciò significa che se tale interazione ha luogo, allora deve propagarsi nel sistema di riferimento del laboratorio in modo estremamente rapido, a velocità superluminale. E da ciò ne consegue inevitabilmente che in altri quadri di riferimento questa interazione sarà generalmente istantanea e agirà anche dal futuro al passato (sebbene senza violare il principio di causalità).

L'essenza dell'esperimento

La geometria dell'esperimento. A Ginevra sono state generate coppie di fotoni entangled, quindi i fotoni sono stati inviati lungo cavi in ​​fibra ottica della stessa lunghezza (contrassegnati in rosso) a due ricevitori (contrassegnati dalle lettere APD) separati da 18 km. Immagine tratta dall'articolo in questione su Nature

L'idea dell'esperimento è la seguente: creiamo due fotoni entangled e li inviamo a due rivelatori il più distanti possibile (nell'esperimento descritto, la distanza tra i due rivelatori era di 18 km). In questo caso, rendiamo i percorsi dei fotoni ai rivelatori il più identici possibile, in modo che i momenti del loro rilevamento siano il più vicino possibile. In questo lavoro, i momenti di rilevamento hanno coinciso con una precisione di circa 0,3 nanosecondi. Le correlazioni quantistiche sono state ancora osservate in queste condizioni. Quindi, se assumiamo che "funzionano" a causa dell'interazione sopra descritta, la sua velocità dovrebbe superare la velocità della luce di centomila volte.
Un simile esperimento, infatti, è stato condotto in precedenza dallo stesso gruppo. La novità di questo lavoro è solo che l'esperimento è durato a lungo. Le correlazioni quantistiche sono state osservate continuamente e non sono scomparse in nessun momento della giornata.
Perché è importante? Se un'interazione ipotetica è trasportata da un mezzo, allora questo mezzo avrà un quadro di riferimento distinto. A causa della rotazione della Terra, il sistema di riferimento del laboratorio si sposta rispetto a questo sistema di riferimento a velocità diverse. Ciò significa che l'intervallo di tempo tra due eventi di rilevamento di due fotoni sarà sempre diverso per questo mezzo, a seconda dell'ora del giorno. In particolare, ci sarà un momento in cui questi due eventi per questo ambiente sembreranno simultanei. (Qui, tra l'altro, si usa il fatto della teoria della relatività che due eventi simultanei sarà lo stesso in tutto sistemi inerziali riferimento che si muove perpendicolarmente alla linea che li collega).

Se le correlazioni quantistiche vengono eseguite a causa dell'ipotetica interazione sopra descritta e se la velocità di questa interazione è finita (sebbene arbitrariamente grande), in questo momento le correlazioni scomparirebbero. Pertanto, l'osservazione continua delle correlazioni durante la giornata chiuderebbe completamente questa possibilità. E la ripetizione di un simile esperimento in diversi periodi dell'anno chiuderebbe questa ipotesi anche con un'interazione infinitamente veloce nel proprio quadro di riferimento selezionato.

Sfortunatamente, questo non è stato ottenuto a causa dell'imperfezione dell'esperimento. In questo esperimento, per dire che le correlazioni sono effettivamente osservate, è necessario accumulare il segnale per alcuni minuti. La scomparsa delle correlazioni, ad esempio, per 1 secondo, questo esperimento non poteva essere notato. Ecco perché gli autori non sono stati in grado di chiudere completamente l'ipotetica interazione, ma hanno solo ottenuto un limite alla velocità della sua propagazione nel quadro di riferimento prescelto, il che, ovviamente, riduce notevolmente il valore del risultato ottenuto.

Forse...?

Il lettore potrebbe chiedersi: se, tuttavia, l'ipotetica possibilità sopra descritta è realizzata, ma l'esperimento semplicemente l'ha trascurata a causa della sua imperfezione, questo significa che la teoria della relatività è errata? Questo effetto può essere utilizzato per la trasmissione superluminale di informazioni o anche per il movimento nello spazio?

No. L'ipotetica interazione sopra descritta dalla costruzione serve all'unico scopo: questi sono gli "ingranaggi" che fanno "funzionare" le correlazioni quantistiche. Ma è già stato dimostrato che con l'aiuto delle correlazioni quantistiche è impossibile trasmettere informazioni più velocemente della velocità della luce. Pertanto, qualunque sia il meccanismo delle correlazioni quantistiche, non può violare la teoria della relatività.
© Igor Ivanov

Vedi campi di torsione.
Fondamenti del Mondo Sottile - vuoto fisico e campi di torsione. quattro.

entanglement quantistico.

Copyright © 2015 Amore incondizionato