kvantu apjukums. Kvantu sapīšanās - cilvēka ķermenis - sevis izzināšana - rakstu katalogs - beznosacījumu mīlestība. Ko mēs zinām par kvantiem un to dīvainībām

• Tulkošana

kvantu sapīšanās- viens no sarežģītākajiem jēdzieniem zinātnē, bet tā pamatprincipi ir vienkārši. Un, ja jūs to saprotat, sapīšanās paver ceļu uz labāku izpratni par tādiem jēdzieniem kā daudzās pasaules kvantu teorijā.

Apburoša noslēpumaina aura ieskauj kvantu sapīšanās jēdzienu, kā arī (kaut kādā veidā) saistīto kvantu teorijas apgalvojumu, ka ir jābūt "daudzām pasaulēm". Un tomēr būtībā tās ir zinātniskas idejas ar ikdienišķu nozīmi un specifisku pielietojumu. Sapīšanās un daudzu pasauļu jēdzienus es vēlētos izskaidrot tik vienkārši un skaidri, cik es pats tos pazīstu.

es

Tiek uzskatīts, ka sapīšanās ir parādība, kas raksturīga tikai kvantu mehānikai, taču tā nav. Patiesībā būtu saprotamāk (kaut arī neparasta pieeja) sākt ar vienkāršu, ne kvantu (klasisko) sapīšanās versiju. Tas ļaus mums atdalīt smalkumus, kas saistīti ar pašu sapīšanu, no citām kvantu teorijas dīvainībām.

Sapīšanās parādās situācijās, kad mums ir daļēja informācija par divu sistēmu stāvokli. Piemēram, divi objekti var kļūt par mūsu sistēmām – sauksim tos par kaoniem. "K" apzīmēs "klasiskos" objektus. Bet, ja jūs patiešām vēlaties iedomāties kaut ko konkrētu un patīkamu, iedomājieties, ka tās ir kūkas.

Mūsu kaoniem būs divas formas, kvadrātveida vai apaļas, un šīs formas norādīs to iespējamos stāvokļus. Tad četri iespējamie divu kaonu savienojuma stāvokļi būs: (kvadrāts, kvadrāts), (kvadrāts, aplis), (aplis, kvadrāts), (aplis, aplis). Tabulā parādīta varbūtība, ka sistēma atrodas vienā no četriem uzskaitītajiem stāvokļiem.

Mēs teiksim, ka kaoni ir "neatkarīgi", ja zināšanas par viena no tām stāvokli nesniedz mums informāciju par otra stāvokli. Un šim galdam ir tāda īpašība. Ja pirmais kaons (kūka) ir kvadrātveida, mēs joprojām nezinām otrās formas. Un otrādi, otrā forma mums neko nepasaka par pirmās formas.

No otras puses, mēs sakām, ka divi kaoni ir sapinušies, ja informācija par vienu uzlabo mūsu zināšanas par otru. Otrā planšete mums parādīs spēcīgu sapīšanos. Šajā gadījumā, ja pirmais kaons ir apaļš, mēs zināsim, ka arī otrais ir apaļš. Un, ja pirmais kaons ir kvadrātveida, tad otrais būs tāds pats. Zinot viena formu, mēs varam unikāli noteikt otra formu.

Sapīšanās kvantu versija patiesībā izskatās tāpat – tas ir neatkarības trūkums. Kvantu teorijā stāvokļus apraksta matemātiski objekti, ko sauc par viļņu funkcijām. Noteikumi, kas apvieno viļņu funkcijas ar fiziskām iespējām, rada ļoti interesantus sarežģījumus, par kuriem mēs runāsim vēlāk, bet sapīto zināšanu pamatjēdziens, ko mēs demonstrējām klasiskajam gadījumam, paliek nemainīgs.

Lai gan kūkas nevar uzskatīt par kvantu sistēmām, sapīšanās kvantu sistēmās notiek dabiski – piemēram, pēc daļiņu sadursmēm. Praksē nesaistītus (neatkarīgus) stāvokļus var uzskatīt par retiem izņēmumiem, jo ​​sistēmu mijiedarbības laikā starp tiem rodas korelācijas.

Apsveriet, piemēram, molekulas. Tie sastāv no apakšsistēmām - konkrēti, elektroniem un kodoliem. Molekulas minimālais enerģijas stāvoklis, kurā tā parasti atrodas, ir ļoti sapinies elektronu un kodola stāvoklis, jo šo veidojošo daļiņu izvietojums nekādā gadījumā nebūs neatkarīgs. Kad kodols pārvietojas, elektrons pārvietojas ar to.

Atgriezīsimies pie mūsu piemēra. Ja rakstām Φ■, Φ● kā viļņu funkcijas, kas apraksta sistēmu 1 tās kvadrātveida vai apaļajos stāvokļos, un ψ■, ψ● viļņu funkcijām, kas apraksta sistēmu 2 tās kvadrātveida vai apaļajos stāvokļos, tad mūsu darba piemērā visi stāvokļi var būt aprakstīts kā:

Neatkarīgs: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Sapinies: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

Neatkarīgo versiju var uzrakstīt arī šādi:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Ņemiet vērā, kā pēdējā gadījumā iekavas skaidri atdala pirmo un otro sistēmu neatkarīgās daļās.

Ir daudz veidu, kā izveidot sapinušos stāvokļus. Viens no tiem ir izmērīt salikto sistēmu, kas sniedz jums daļēju informāciju. Var zināt, piemēram, ka divas sistēmas ir vienojušās būt vienā formā, nezinot, kuru formu tās izvēlējušās. Šī koncepcija kļūs svarīga nedaudz vēlāk.

Kvantu sapīšanās raksturīgākās sekas, piemēram, Einšteina-Podoļska-Rozena (EPR) un Grīnberga-Horna-Seilingera (GHZ) efekti, rodas no tā mijiedarbības ar citu kvantu teorijas īpašību, ko sauc par "komplementaritātes principu". Lai apspriestu EPR un GHZ, ļaujiet man vispirms jūs iepazīstināt ar šo principu.

Līdz šim mēs esam iedomājušies, ka kaoniem ir divas formas (kvadrātveida un apaļas). Tagad iedomājieties, ka tie ir arī divās krāsās - sarkanā un zilā. Ņemot vērā klasiskās sistēmas, piemēram, kūkas, šī papildu īpašība nozīmētu, ka kaons var pastāvēt vienā no četriem iespējamiem stāvokļiem: sarkans kvadrāts, sarkans aplis, zils kvadrāts un zils aplis.

Bet kvantu kūkas ir kvantu kūkas... Vai kvanti... Tās uzvedas pavisam savādāk. Fakts, ka dažās situācijās kvantam var būt atšķirīga forma un krāsa, ne vienmēr nozīmē, ka tam vienlaikus ir gan forma, gan krāsa. Patiesībā veselais saprāts, ko Einšteins prasīja fiziskajai realitātei, neatbilst eksperimentālajiem faktiem, kurus mēs drīz redzēsim.

Mēs varam izmērīt kvantona formu, taču, to darot, mēs zaudējam visu informāciju par tā krāsu. Vai arī mēs varam izmērīt krāsu, bet zaudēt informāciju par tās formu. Saskaņā ar kvantu teoriju mēs nevaram izmērīt gan formu, gan krāsu vienlaikus. Neviena skatījums uz kvantu realitāti nav pilnīgs; jāņem vērā daudz dažādu un savstarpēji izslēdzošu attēlu, no kuriem katram ir savs nepilnīgs priekšstats par notiekošo. Tāda ir komplementaritātes principa būtība, kādu to formulēja Nīls Bors.

Rezultātā kvantu teorija liek mums būt uzmanīgiem, piedēvējot fiziskajai realitātei īpašības. Lai izvairītos no strīdiem, jāatzīst, ka:

Nav īpašuma, ja tas nav uzmērīts.
Mērīšana ir aktīvs process, kas maina mērīto sistēmu

II

Tagad mēs aprakstām divus piemērus, bet ne klasiskus kvantu teorijas dīvainību ilustrācijas. Abi ir pārbaudīti stingros eksperimentos (reālos eksperimentos cilvēki mēra nevis kūku formas un krāsas, bet gan elektronu leņķisko impulsu).

Alberts Einšteins, Boriss Podoļskis un Natans Rozens (EPR) aprakstīja apbrīnojamo efektu, kas rodas, sapinoties divām kvantu sistēmām. EPR efekts apvieno īpašu, eksperimentāli sasniedzamu kvantu sapīšanās veidu ar komplementaritātes principu.

EPR pāris sastāv no diviem kvantiem, no kuriem katru var izmērīt pēc formas vai krāsas (bet ne abiem). Pieņemsim, ka mums ir daudz šādu pāru, tie visi ir vienādi, un mēs varam izvēlēties, kādus mērījumus veikt to komponentiem. Ja mēs izmērām viena no EPR pāra locekļa formu, mēs varam iegūt kvadrātu vai apli. Ja mēs izmērām krāsu, tad ar tādu pašu varbūtību mēs iegūstam sarkanu vai zilu.

Interesanti efekti, kas EPR šķita paradoksāli, rodas, mērot abus pāra dalībniekus. Izmērot abu elementu krāsu vai formu, mēs atklājam, ka rezultāti vienmēr sakrīt. Tas ir, ja mēs atklājam, ka viens no tiem ir sarkans un pēc tam izmērām otrā krāsu, mēs arī atklājam, ka tas ir sarkans — un tā tālāk. No otras puses, ja izmērām viena forma un otra krāsa, korelācija netiek novērota. Tas ir, ja pirmais bija kvadrāts, tad otrais ar tādu pašu varbūtību var būt zils vai sarkans.

Saskaņā ar kvantu teoriju šādus rezultātus iegūsim pat tad, ja abas sistēmas šķirs milzīgs attālums un mērījumi tiks veikti gandrīz vienlaicīgi. Šķiet, ka mērījumu veida izvēle vienā vietā ietekmē sistēmas stāvokli citur. Šķiet, ka šī "biedējošā darbība no attāluma", kā to sauca Einšteins, prasa informācijas pārraidi - mūsu gadījumā informāciju par veikto mērījumu - ar ātrumu, kas ir lielāks par gaismas ātrumu.

Bet vai tā ir? Kamēr es nezinu, kādu rezultātu jūs saņēmāt, es nezinu, ko gaidīt. Es saņemu noderīgu informāciju, kad saņemu jūsu rezultātu, nevis tad, kad veicat mērījumu. Un jebkurš ziņojums, kas satur jūsu saņemto rezultātu, ir jāpārraida kaut kādā fiziskā veidā, lēnāk par gaismas ātrumu.

Turpinot izpēti, paradokss ir vēl vairāk iznīcināts. Apskatīsim otrās sistēmas stāvokli, ja pirmās sistēmas mērījums dod sarkanu krāsu. Ja mēs nolemjam izmērīt otrā kvantona krāsu, mēs iegūstam sarkanu. Bet pēc komplementaritātes principa, ja mēs nolemjam izmērīt tā formu, kad tas ir "sarkanā" stāvoklī, mums būs vienādas iespējas iegūt kvadrātu vai apli. Tāpēc EPR rezultāts ir loģiski iepriekš noteikts. Tas ir tikai komplementaritātes principa atkārtojums.

Nav paradoksa, ka attāli notikumi ir savstarpēji saistīti. Galu galā, ja vienu no diviem cimdiem no pāra saliekam kastēs un nosūtām uz dažādām planētas vietām, nav brīnums, ka, ieskatoties vienā kastē, varu noteikt, kurai rokai ir paredzēts otrs cimds. Tāpat visos gadījumos EPR pāru korelācija ir jānosaka tiem, kad tie atrodas tuvumā, lai tie varētu izturēt turpmāko atdalīšanu tā, it kā viņiem būtu atmiņa. EPR paradoksa dīvainība ir nevis pašā korelācijas iespējamībā, bet gan tās saglabāšanas iespējamībā papildinājumu veidā.

III

Daniels Grīnbergers, Maikls Horns un Antons Zeilingers atklāja vēl vienu lielisku kvantu sapīšanās piemēru. Tajā ir iekļauti trīs mūsu kvanti, kas atrodas īpaši sagatavotā sapītajā stāvoklī (GHZ stāvoklī). Mēs izplatām katru no tiem dažādiem attāliem eksperimentētājiem. Katrs neatkarīgi un nejauši izvēlas, vai mērīt krāsu vai formu, un reģistrē rezultātu. Eksperiments tiek atkārtots daudzas reizes, bet vienmēr ar trim kvantiem GHZ stāvoklī.

Katrs eksperimentētājs saņem nejaušus rezultātus. Izmērot kvantona formu, viņš ar vienādu varbūtību iegūst kvadrātu vai apli; mērot kvantu krāsu, viņš ar vienādu varbūtību kļūst sarkans vai zils. Kamēr viss ir normāli.

Bet, kad eksperimentētāji sanāk kopā un salīdzina rezultātus, analīze atklāj pārsteidzošu rezultātu. Pieņemsim, ka kvadrātveida formu un sarkano krāsu saucam par "laipnu", bet apļus un zila krāsa- "ļaunums". Eksperimentētāji atklāj, ka, ja divi no viņiem nolemj izmērīt formu un trešais izvēlas krāsu, tad vai nu 0, vai 2 mērījumi ir "ļauns" (t.i., apaļš vai zils). Bet, ja visi trīs nolemj izmērīt krāsu, tad vai nu 1, vai 3 mērījumi ir ļauni. Kvantu mehānika to paredz, un tieši tā arī notiek.

Jautājums: Vai ļaunuma daudzums ir pāra vai nepāra? Abas iespējas tiek realizētas dažādās dimensijās. Mums ir jāatsakās no šī jautājuma. Nav jēgas runāt par ļaunuma daudzumu sistēmā, neņemot vērā to, kā tas tiek mērīts. Un tas noved pie pretrunām.

GHZ efekts, kā to apraksta fiziķis Sidnijs Kolmens, ir "sitiens kvantu mehānikas sejā". Tas izjauc ierasto, apgūto cerību, ka fiziskajām sistēmām ir iepriekš noteiktas īpašības neatkarīgi no to mērījumiem. Ja tas tā būtu, tad labā un ļaunā līdzsvars nebūtu atkarīgs no mērījumu veidu izvēles. Tiklīdz jūs pieņemat GHZ efekta esamību, jūs to neaizmirsīsit, un jūsu redzesloks tiks paplašināts.

IV

Pagaidām mēs runājam par to, kā sapīšanās neļauj mums piešķirt unikālus neatkarīgus stāvokļus vairākiem kvantiem. Tas pats pamatojums attiecas uz izmaiņām vienā kvantā, kas notiek laika gaitā.

Runa ir par "sapinušajiem stāstiem", kad sistēmai nav iespējams katrā laika brīdī piešķirt noteiktu stāvokli. Tāpat kā mēs izslēdzam tradicionālās sapīšanās iespējas, mēs varam arī izveidot sapinušās vēstures, veicot mērījumus, kas apkopo daļēju informāciju par pagātnes notikumiem. Vienkāršākajos stāstos mums ir viens kvantons, kuru mēs pētām divos dažādos laika punktos. Mēs varam iedomāties situāciju, kurā mēs nosakām, ka mūsu kvanta forma abas reizes bija kvadrātveida vai abas reizes apaļa, taču abas situācijas joprojām ir iespējamas. Šī ir laika kvantu analoģija vienkāršākajiem iepriekš aprakstītajiem sapīšanās variantiem.

Izmantojot sarežģītāku protokolu, mēs varam pievienot šai sistēmai nelielu papildināmību un aprakstīt situācijas, kas izraisa kvantu teorijas "daudzu pasauļu" īpašību. Mūsu kvantu var sagatavot sarkanā stāvoklī, pēc tam izmērīt un iegūt zilā krāsā. Un tāpat kā iepriekšējos piemēros mēs nevaram pastāvīgs pamats piešķir kvantonam krāsu īpašību intervālā starp divām dimensijām; tai nav noteiktas formas. Šādos stāstos ierobežotā, bet pilnībā kontrolētā un precīzā veidā tiek realizēta intuīcija, kas piemīt kvantu mehānikas daudzo pasauļu attēlam. Noteikta valsts var sadalīties divās pretrunīgās vēsturiskās trajektorijās, kuras pēc tam atkal savienojas.

Kvantu teorijas pamatlicējs Ervins Šrēdingers, kurš bija skeptisks par tās pareizību, uzsvēra, ka kvantu sistēmu evolūcija dabiski noved pie stāvokļiem, kuru mērīšana var dot ārkārtīgi atšķirīgus rezultātus. Viņa domu eksperiments ar "Šrēdingera kaķi", kā jūs zināt, postulē kvantu nenoteiktību, kas ietekmēja kaķu mirstību. Pirms mērīšanas kaķim nav iespējams piešķirt dzīvības (vai nāves) īpašību. Abi vai ne viens, ne otrs eksistē kopā citpasaules iespēju pasaulē.

Ikdienas valoda nav piemērota, lai izskaidrotu kvantu komplementaritāti, daļēji tāpēc, ka ikdienas pieredze to neietver. Praktiski kaķi mijiedarbojas ar apkārtējām gaisa molekulām un citiem objektiem pilnīgi dažādos veidos, atkarībā no tā, vai tie ir dzīvi vai miruši, tāpēc praksē mērījumi notiek automātiski, un kaķis turpina dzīvot (vai nedzīvo). Bet stāsti apraksta kvantus, kas ir Šrēdingera kaķēni, ar sarežģītību. To pilnīgam aprakstam ir jāņem vērā divas savstarpēji izslēdzošas īpašuma trajektorijas.

Samezglotu vēsturi kontrolēta eksperimentāla realizācija ir delikāta lieta, jo tā prasa daļējas informācijas ievākšanu par kvantiem. Parastie kvantu mērījumi parasti apkopo visu informāciju uzreiz - piemēram, nosaka precīza forma vai precīza krāsa - tā vietā, lai vairākas reizes iegūtu daļēju informāciju. Bet to var izdarīt, kaut arī ar ekstrēmu tehniskas grūtības. Tādā veidā mēs varam piešķirt noteiktu matemātisku un eksperimentālu nozīmi jēdziena "daudzas pasaules" izplatībai kvantu teorijā un demonstrēt tās realitāti.

• Tulkošana

Kvantu sapīšanās ir viens no sarežģītākajiem zinātnes jēdzieniem, taču tā pamatprincipi ir vienkārši. Un, ja jūs to saprotat, sapīšanās paver ceļu uz labāku izpratni par tādiem jēdzieniem kā daudzās pasaules kvantu teorijā.

Apburoša noslēpumaina aura ieskauj kvantu sapīšanās jēdzienu, kā arī (kaut kādā veidā) saistīto kvantu teorijas apgalvojumu, ka ir jābūt "daudzām pasaulēm". Un tomēr būtībā tās ir zinātniskas idejas ar ikdienišķu nozīmi un specifisku pielietojumu. Sapīšanās un daudzu pasauļu jēdzienus es vēlētos izskaidrot tik vienkārši un skaidri, cik es pats tos pazīstu.

es

Tiek uzskatīts, ka sapīšanās ir parādība, kas raksturīga tikai kvantu mehānikai, taču tā nav. Patiesībā būtu saprotamāk (kaut arī neparasta pieeja) sākt ar vienkāršu, ne kvantu (klasisko) sapīšanās versiju. Tas ļaus mums atdalīt smalkumus, kas saistīti ar pašu sapīšanu, no citām kvantu teorijas dīvainībām.

Sapīšanās parādās situācijās, kad mums ir daļēja informācija par divu sistēmu stāvokli. Piemēram, divi objekti var kļūt par mūsu sistēmām – sauksim tos par kaoniem. "K" apzīmēs "klasiskos" objektus. Bet, ja jūs patiešām vēlaties iedomāties kaut ko konkrētu un patīkamu, iedomājieties, ka tās ir kūkas.

Mūsu kaoniem būs divas formas, kvadrātveida vai apaļas, un šīs formas norādīs to iespējamos stāvokļus. Tad četri iespējamie divu kaonu savienojuma stāvokļi būs: (kvadrāts, kvadrāts), (kvadrāts, aplis), (aplis, kvadrāts), (aplis, aplis). Tabulā parādīta varbūtība, ka sistēma atrodas vienā no četriem uzskaitītajiem stāvokļiem.

Mēs teiksim, ka kaoni ir "neatkarīgi", ja zināšanas par viena no tām stāvokli nesniedz mums informāciju par otra stāvokli. Un šim galdam ir tāda īpašība. Ja pirmais kaons (kūka) ir kvadrātveida, mēs joprojām nezinām otrās formas. Un otrādi, otrā forma mums neko nepasaka par pirmās formas.

No otras puses, mēs sakām, ka divi kaoni ir sapinušies, ja informācija par vienu uzlabo mūsu zināšanas par otru. Otrā planšete mums parādīs spēcīgu sapīšanos. Šajā gadījumā, ja pirmais kaons ir apaļš, mēs zināsim, ka arī otrais ir apaļš. Un, ja pirmais kaons ir kvadrātveida, tad otrais būs tāds pats. Zinot viena formu, mēs varam unikāli noteikt otra formu.

Sapīšanās kvantu versija patiesībā izskatās tāpat – tas ir neatkarības trūkums. Kvantu teorijā stāvokļus apraksta matemātiski objekti, ko sauc par viļņu funkcijām. Noteikumi, kas apvieno viļņu funkcijas ar fiziskām iespējām, rada ļoti interesantus sarežģījumus, par kuriem mēs runāsim vēlāk, bet sapīto zināšanu pamatjēdziens, ko mēs demonstrējām klasiskajam gadījumam, paliek nemainīgs.

Lai gan kūkas nevar uzskatīt par kvantu sistēmām, sapīšanās kvantu sistēmās notiek dabiski – piemēram, pēc daļiņu sadursmēm. Praksē nesaistītus (neatkarīgus) stāvokļus var uzskatīt par retiem izņēmumiem, jo ​​sistēmu mijiedarbības laikā starp tiem rodas korelācijas.

Apsveriet, piemēram, molekulas. Tie sastāv no apakšsistēmām - konkrēti, elektroniem un kodoliem. Molekulas minimālais enerģijas stāvoklis, kurā tā parasti atrodas, ir ļoti sapinies elektronu un kodola stāvoklis, jo šo veidojošo daļiņu izvietojums nekādā gadījumā nebūs neatkarīgs. Kad kodols pārvietojas, elektrons pārvietojas ar to.

Atgriezīsimies pie mūsu piemēra. Ja rakstām Φ■, Φ● kā viļņu funkcijas, kas apraksta sistēmu 1 tās kvadrātveida vai apaļajos stāvokļos, un ψ■, ψ● viļņu funkcijām, kas apraksta sistēmu 2 tās kvadrātveida vai apaļajos stāvokļos, tad mūsu darba piemērā visi stāvokļi var būt aprakstīts kā:

Neatkarīgs: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Sapinies: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

Neatkarīgo versiju var uzrakstīt arī šādi:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Ņemiet vērā, kā pēdējā gadījumā iekavas skaidri atdala pirmo un otro sistēmu neatkarīgās daļās.

Ir daudz veidu, kā izveidot sapinušos stāvokļus. Viens no tiem ir izmērīt salikto sistēmu, kas sniedz jums daļēju informāciju. Var zināt, piemēram, ka divas sistēmas ir vienojušās būt vienā formā, nezinot, kuru formu tās izvēlējušās. Šī koncepcija kļūs svarīga nedaudz vēlāk.

Kvantu sapīšanās raksturīgākās sekas, piemēram, Einšteina-Podoļska-Rozena (EPR) un Grīnberga-Horna-Seilingera (GHZ) efekti, rodas no tā mijiedarbības ar citu kvantu teorijas īpašību, ko sauc par "komplementaritātes principu". Lai apspriestu EPR un GHZ, ļaujiet man vispirms jūs iepazīstināt ar šo principu.

Līdz šim mēs esam iedomājušies, ka kaoniem ir divas formas (kvadrātveida un apaļas). Tagad iedomājieties, ka tie ir arī divās krāsās - sarkanā un zilā. Ņemot vērā klasiskās sistēmas, piemēram, kūkas, šī papildu īpašība nozīmētu, ka kaons var pastāvēt vienā no četriem iespējamiem stāvokļiem: sarkans kvadrāts, sarkans aplis, zils kvadrāts un zils aplis.

Bet kvantu kūkas ir kvantu kūkas... Vai kvanti... Tās uzvedas pavisam savādāk. Fakts, ka dažās situācijās kvantam var būt atšķirīga forma un krāsa, ne vienmēr nozīmē, ka tam vienlaikus ir gan forma, gan krāsa. Faktiski veselais saprāts, ko Einšteins prasīja fiziskajai realitātei, neatbilst eksperimentālajiem faktiem, kā mēs drīz redzēsim.

Mēs varam izmērīt kvantona formu, taču, to darot, mēs zaudējam visu informāciju par tā krāsu. Vai arī mēs varam izmērīt krāsu, bet zaudēt informāciju par tās formu. Saskaņā ar kvantu teoriju mēs nevaram izmērīt gan formu, gan krāsu vienlaikus. Neviena skatījums uz kvantu realitāti nav pilnīgs; jāņem vērā daudz dažādu un savstarpēji izslēdzošu attēlu, no kuriem katram ir savs nepilnīgs priekšstats par notiekošo. Tāda ir komplementaritātes principa būtība, kādu to formulēja Nīls Bors.

Rezultātā kvantu teorija liek mums būt uzmanīgiem, piedēvējot fiziskajai realitātei īpašības. Lai izvairītos no strīdiem, jāatzīst, ka:

Nav īpašuma, ja tas nav uzmērīts.
Mērīšana ir aktīvs process, kas maina mērīto sistēmu

II

Tagad mēs aprakstām divus piemērus, bet ne klasiskus kvantu teorijas dīvainību ilustrācijas. Abi ir pārbaudīti stingros eksperimentos (reālos eksperimentos cilvēki mēra nevis kūku formas un krāsas, bet gan elektronu leņķisko impulsu).

Alberts Einšteins, Boriss Podoļskis un Natans Rozens (EPR) aprakstīja apbrīnojamo efektu, kas rodas, sapinoties divām kvantu sistēmām. EPR efekts apvieno īpašu, eksperimentāli sasniedzamu kvantu sapīšanās veidu ar komplementaritātes principu.

EPR pāris sastāv no diviem kvantiem, no kuriem katru var izmērīt pēc formas vai krāsas (bet ne abiem). Pieņemsim, ka mums ir daudz šādu pāru, tie visi ir vienādi, un mēs varam izvēlēties, kādus mērījumus veikt to komponentiem. Ja mēs izmērām viena no EPR pāra locekļa formu, mēs varam iegūt kvadrātu vai apli. Ja mēs izmērām krāsu, tad ar tādu pašu varbūtību mēs iegūstam sarkanu vai zilu.

Interesanti efekti, kas EPR šķita paradoksāli, rodas, mērot abus pāra dalībniekus. Izmērot abu elementu krāsu vai formu, mēs atklājam, ka rezultāti vienmēr sakrīt. Tas ir, ja mēs atklājam, ka viens no tiem ir sarkans un pēc tam izmērām otrā krāsu, mēs arī atklājam, ka tas ir sarkans — un tā tālāk. No otras puses, ja izmērām viena forma un otra krāsa, korelācija netiek novērota. Tas ir, ja pirmais bija kvadrāts, tad otrais ar tādu pašu varbūtību var būt zils vai sarkans.

Saskaņā ar kvantu teoriju šādus rezultātus iegūsim pat tad, ja abas sistēmas šķirs milzīgs attālums un mērījumi tiks veikti gandrīz vienlaicīgi. Šķiet, ka mērījumu veida izvēle vienā vietā ietekmē sistēmas stāvokli citur. Šķiet, ka šī "biedējošā darbība no attāluma", kā to sauca Einšteins, prasa informācijas pārraidi - mūsu gadījumā informāciju par veikto mērījumu - ar ātrumu, kas ir lielāks par gaismas ātrumu.

Bet vai tā ir? Kamēr es nezinu, kādu rezultātu jūs saņēmāt, es nezinu, ko gaidīt. Es saņemu noderīgu informāciju, kad saņemu jūsu rezultātu, nevis tad, kad veicat mērījumu. Un jebkurš ziņojums, kas satur jūsu saņemto rezultātu, ir jāpārraida kaut kādā fiziskā veidā, lēnāk par gaismas ātrumu.

Turpinot izpēti, paradokss ir vēl vairāk iznīcināts. Apskatīsim otrās sistēmas stāvokli, ja pirmās sistēmas mērījums dod sarkanu krāsu. Ja mēs nolemjam izmērīt otrā kvantona krāsu, mēs iegūstam sarkanu. Bet pēc komplementaritātes principa, ja mēs nolemjam izmērīt tā formu, kad tas ir "sarkanā" stāvoklī, mums būs vienādas iespējas iegūt kvadrātu vai apli. Tāpēc EPR rezultāts ir loģiski iepriekš noteikts. Tas ir tikai komplementaritātes principa atkārtojums.

Nav paradoksa, ka attāli notikumi ir savstarpēji saistīti. Galu galā, ja vienu no diviem cimdiem no pāra saliekam kastēs un nosūtām uz dažādām planētas vietām, nav brīnums, ka, ieskatoties vienā kastē, varu noteikt, kurai rokai ir paredzēts otrs cimds. Tāpat visos gadījumos EPR pāru korelācija ir jānosaka tiem, kad tie atrodas tuvumā, lai tie varētu izturēt turpmāko atdalīšanu tā, it kā viņiem būtu atmiņa. EPR paradoksa dīvainība ir nevis pašā korelācijas iespējamībā, bet gan tās saglabāšanas iespējamībā papildinājumu veidā.

III

Daniels Grīnbergers, Maikls Horns un Antons Zeilingers atklāja vēl vienu lielisku kvantu sapīšanās piemēru. Tajā ir iekļauti trīs mūsu kvanti, kas atrodas īpaši sagatavotā sapītajā stāvoklī (GHZ stāvoklī). Mēs izplatām katru no tiem dažādiem attāliem eksperimentētājiem. Katrs neatkarīgi un nejauši izvēlas, vai mērīt krāsu vai formu, un reģistrē rezultātu. Eksperiments tiek atkārtots daudzas reizes, bet vienmēr ar trim kvantiem GHZ stāvoklī.

Katrs eksperimentētājs saņem nejaušus rezultātus. Izmērot kvantona formu, viņš ar vienādu varbūtību iegūst kvadrātu vai apli; mērot kvantu krāsu, viņš ar vienādu varbūtību kļūst sarkans vai zils. Kamēr viss ir normāli.

Bet, kad eksperimentētāji sanāk kopā un salīdzina rezultātus, analīze atklāj pārsteidzošu rezultātu. Pieņemsim, ka kvadrātveida formu un sarkano krāsu saucam par "labu", bet apļus un zilu krāsu - par "ļaunu". Eksperimentētāji atklāj, ka, ja divi no viņiem nolemj izmērīt formu un trešais izvēlas krāsu, tad vai nu 0, vai 2 mērījumi ir "ļauns" (t.i., apaļš vai zils). Bet, ja visi trīs nolemj izmērīt krāsu, tad vai nu 1, vai 3 mērījumi ir ļauni. Kvantu mehānika to paredz, un tieši tā arī notiek.

Jautājums: Vai ļaunuma daudzums ir pāra vai nepāra? Abas iespējas tiek realizētas dažādās dimensijās. Mums ir jāatsakās no šī jautājuma. Nav jēgas runāt par ļaunuma daudzumu sistēmā, neņemot vērā to, kā tas tiek mērīts. Un tas noved pie pretrunām.

GHZ efekts, kā to apraksta fiziķis Sidnijs Kolmens, ir "sitiens kvantu mehānikas sejā". Tas izjauc ierasto, apgūto cerību, ka fiziskajām sistēmām ir iepriekš noteiktas īpašības neatkarīgi no to mērījumiem. Ja tas tā būtu, tad labā un ļaunā līdzsvars nebūtu atkarīgs no mērījumu veidu izvēles. Tiklīdz jūs pieņemat GHZ efekta esamību, jūs to neaizmirsīsit, un jūsu redzesloks tiks paplašināts.

IV

Pagaidām mēs runājam par to, kā sapīšanās neļauj mums piešķirt unikālus neatkarīgus stāvokļus vairākiem kvantiem. Tas pats pamatojums attiecas uz izmaiņām vienā kvantā, kas notiek laika gaitā.

Runa ir par "sapinušajiem stāstiem", kad sistēmai nav iespējams katrā laika brīdī piešķirt noteiktu stāvokli. Tāpat kā mēs izslēdzam tradicionālās sapīšanās iespējas, mēs varam arī izveidot sapinušās vēstures, veicot mērījumus, kas apkopo daļēju informāciju par pagātnes notikumiem. Vienkāršākajos stāstos mums ir viens kvantons, kuru mēs pētām divos dažādos laika punktos. Mēs varam iedomāties situāciju, kurā mēs nosakām, ka mūsu kvanta forma abas reizes bija kvadrātveida vai abas reizes apaļa, taču abas situācijas joprojām ir iespējamas. Šī ir laika kvantu analoģija vienkāršākajiem iepriekš aprakstītajiem sapīšanās variantiem.

Izmantojot sarežģītāku protokolu, mēs varam pievienot šai sistēmai nelielu papildināmību un aprakstīt situācijas, kas izraisa kvantu teorijas "daudzu pasauļu" īpašību. Mūsu kvantu var sagatavot sarkanā stāvoklī, pēc tam izmērīt un iegūt zilā krāsā. Un tāpat kā iepriekšējos piemēros, mēs nevaram pastāvīgi piešķirt kvantam krāsu īpašību intervālā starp divām dimensijām; tai nav noteiktas formas. Šādos stāstos ierobežotā, bet pilnībā kontrolētā un precīzā veidā tiek realizēta intuīcija, kas piemīt kvantu mehānikas daudzo pasauļu attēlam. Noteikta valsts var sadalīties divās pretrunīgās vēsturiskās trajektorijās, kuras pēc tam atkal savienojas.

Kvantu teorijas pamatlicējs Ervins Šrēdingers, kurš bija skeptisks par tās pareizību, uzsvēra, ka kvantu sistēmu evolūcija dabiski noved pie stāvokļiem, kuru mērīšana var dot ārkārtīgi atšķirīgus rezultātus. Viņa domu eksperiments ar "Šrēdingera kaķi", kā jūs zināt, postulē kvantu nenoteiktību, kas ietekmēja kaķu mirstību. Pirms mērīšanas kaķim nav iespējams piešķirt dzīvības (vai nāves) īpašību. Abi vai ne viens, ne otrs eksistē kopā citpasaules iespēju pasaulē.

Ikdienas valoda nav piemērota, lai izskaidrotu kvantu komplementaritāti, daļēji tāpēc, ka ikdienas pieredze to neietver. Praktiski kaķi mijiedarbojas ar apkārtējām gaisa molekulām un citiem objektiem pilnīgi dažādos veidos, atkarībā no tā, vai tie ir dzīvi vai miruši, tāpēc praksē mērījumi notiek automātiski, un kaķis turpina dzīvot (vai nedzīvo). Bet stāsti apraksta kvantus, kas ir Šrēdingera kaķēni, ar sarežģītību. To pilnīgam aprakstam ir jāņem vērā divas savstarpēji izslēdzošas īpašuma trajektorijas.

Samezglotu vēsturi kontrolēta eksperimentāla realizācija ir delikāta lieta, jo tā prasa daļējas informācijas ievākšanu par kvantiem. Parastie kvantu mērījumi parasti apkopo visu informāciju uzreiz – piemēram, nosaka precīzu formu vai precīzu krāsu – tā vietā, lai vairākas reizes iegūtu daļēju informāciju. Bet to var izdarīt, kaut arī ar ārkārtējām tehniskām grūtībām. Tādā veidā mēs varam piešķirt noteiktu matemātisku un eksperimentālu nozīmi jēdziena "daudzas pasaules" izplatībai kvantu teorijā un demonstrēt tās realitāti.

Koku zeltainā lapotne spoži mirdzēja. Vakara saules stari skāra retinātās galotnes. Gaisma izlauzās cauri zariem un iestudēja uz universitātes "kapterkas" sienas dīvainu figūru mirgojošu skatu.

Sera Hamiltona domīgais skatiens lēnām kustējās, vērodams chiaroscuro spēli. Īru matemātiķa galvā bija īsts domu, ideju un secinājumu kūstošais katls. Viņš labi apzinājās, ka daudzu parādību izskaidrošana ar Ņūtona mehānikas palīdzību ir kā ēnu spēle uz sienas, mānīgi savijot figūras un atstājot daudzus jautājumus bez atbildes. "Varbūt tas ir vilnis... vai varbūt tā ir daļiņu straume," prātoja zinātnieks, "vai arī gaisma ir abu parādību izpausme. Kā no ēnas un gaismas austas figūras.

Kvantu fizikas sākums

Ir interesanti vērot izcilus cilvēkus un mēģināt saprast, kā dzimst lieliskas idejas, kas maina visas cilvēces evolūcijas gaitu. Hamiltons ir viens no tiem, kas stāvēja pie kvantu fizikas pirmsākumiem. Piecdesmit gadus vēlāk, divdesmitā gadsimta sākumā, pētījums elementārdaļiņas to ir izdarījuši daudzi zinātnieki. Iegūtās zināšanas bija nekonsekventas un neapkopotas. Tomēr pirmie drebošie soļi tika sperti.

Mikropasaules izpratne 20. gadsimta sākumā

1901. gadā tika prezentēts pirmais atoma modelis un parādīta tā atteice no parastās elektrodinamikas viedokļa. Tajā pašā laika posmā Makss Planks un Nīls Bors publicēja daudzus darbus par atoma būtību. Neskatoties uz to, ka viņi pilnībā saprata atoma struktūru, nepastāvēja.

Dažus gadus vēlāk, 1905. gadā, mazpazīstams vācu zinātnieks Alberts Einšteins publicēja ziņojumu par gaismas kvanta pastāvēšanas iespējamību divos stāvokļos - viļņu un korpuskulārā (daļiņās). Viņa darbā tika sniegti argumenti, izskaidrojot modeļa neveiksmes iemeslu. Tomēr Einšteina redzējumu ierobežoja vecā izpratne par atoma modeli.

Pēc daudzajiem Nīla Bora un viņa kolēģu darbiem 1925. gadā radās jauns virziens - sava veida kvantu mehānika. Izplatīts izteiciens - "kvantu mehānika" parādījās trīsdesmit gadus vēlāk.

Ko mēs zinām par kvantiem un to dīvainībām?

Mūsdienās kvantu fizika ir gājusi pietiekami tālu. Ir atklātas daudzas dažādas parādības. Bet ko mēs īsti zinām? Atbildi sniedz viens mūsdienu zinātnieks. "AT kvantu fizika var vai nu ticēt, vai nesaprast," – tā ir definīcija. Padomājiet paši. Pietiks pieminēt tādu fenomenu kā daļiņu kvantu sapīšanās. Šī parādība iekrita. zinātniskā pasaule pilnīga apjukuma stāvoklī. Vēl šokējošāk bija tas, ka radītais paradokss nav savienojams ar Einšteinu.

Fotonu kvantu sapīšanās efekts pirmo reizi tika apspriests 1927. gadā piektajā Solvay kongresā. Starp Nīlsu Boru un Einšteinu izcēlās karsts strīds. Kvantu sapīšanās paradokss ir pilnībā mainījis izpratni par materiālās pasaules būtību.

Ir zināms, ka visi ķermeņi sastāv no elementārdaļiņām. Attiecīgi visas kvantu mehānikas parādības tiek atspoguļotas parastajā pasaulē. Nīls Bors teica, ka, ja mēs neskatāmies uz mēnesi, tad tas neeksistē. Einšteins to uzskatīja par nepamatotu un uzskatīja, ka objekts pastāv neatkarīgi no novērotāja.

Pētot kvantu mehānikas problēmas, jāsaprot, ka tās mehānismi un likumi ir savstarpēji saistīti un nepakļaujas klasiskajai fizikai. Mēģināsim izprast vispretrunīgāko jomu – daļiņu kvantu sapīšanās.

Kvantu sapīšanās teorija

Vispirms ir vērts saprast, ka kvantu fizika ir kā bezdibena aka, kurā var atrast visu, ko vien vēlaties. Kvantu sapīšanās fenomenu pagājušā gadsimta sākumā pētīja Einšteins, Bors, Maksvels, Boils, Bels, Planks un daudzi citi fiziķi. Visā divdesmitajā gadsimtā tūkstošiem zinātnieku visā pasaulē to aktīvi pētīja un eksperimentēja.

Pasaule ir pakļauta stingriem fizikas likumiem

Kāpēc tāda interese par kvantu mehānikas paradoksiem? Viss ir ļoti vienkārši: mēs dzīvojam, pakļaujoties noteiktiem fiziskās pasaules likumiem. Spēja “apiet” predestināciju paver maģiskas durvis, aiz kurām viss kļūst iespējams. Piemēram, jēdziens "Šrēdingera kaķis" noved pie matērijas kontroles. Tāpat kļūs iespējams teleportēt informāciju, kas izraisa kvantu sapīšanās. Informācijas pārraide kļūs tūlītēja neatkarīgi no attāluma.
Šis jautājums joprojām tiek pētīts, taču tam ir pozitīva tendence.

Analoģija un izpratne

Kas ir unikāls kvantu sapīšanai, kā to saprast un kas ar to notiek? Mēģināsim to izdomāt. Tas prasīs kādu domu eksperimentu. Iedomājieties, ka jūsu rokās ir divas kastes. Katrā no tiem ir viena bumbiņa ar svītru. Tagad mēs iedodam vienu kasti astronautam, un viņš lido uz Marsu. Tiklīdz jūs atverat kastīti un redzat, ka svītra uz bumbas ir horizontāla, tad otrā lodziņā bumbiņai automātiski būs vertikāla svītra. Tā būs kvantu sapīšanās. vienkāršos vārdos izrunāts: viens objekts iepriekš nosaka cita pozīciju.

Tomēr jāsaprot, ka tas ir tikai virspusējs skaidrojums. Lai iegūtu kvantu sapīšanos, ir nepieciešams, lai daļiņām būtu vienāda izcelsme, piemēram, dvīņiem.

Ir ļoti svarīgi saprast, ka eksperiments tiks izjaukts, ja kādam pirms jums bija iespēja apskatīt vismaz vienu no objektiem.

Kur var izmantot kvantu sapīšanu?

Kvantu sapīšanās principu var izmantot, lai nekavējoties pārraidītu informāciju lielos attālumos. Šāds secinājums ir pretrunā ar Einšteina relativitātes teoriju. Tajā teikts, ka maksimālais kustības ātrums ir raksturīgs tikai gaismai - trīs simti tūkstoši kilometru sekundē. Šāda informācijas pārsūtīšana ļauj pastāvēt fiziskai teleportācijai.

Viss pasaulē ir informācija, arī matērija. Kvantu fiziķi nonāca pie šāda secinājuma. 2008. gadā, balstoties uz teorētisko datubāzi, ar neapbruņotu aci bija iespējams redzēt kvantu samezglošanos.

Tas vēlreiz norāda uz to, ka esam uz lielu atklājumu robežas – kustība telpā un laikā. Laiks Visumā ir diskrēts, tāpēc momentāna kustība lielos attālumos ļauj nokļūt dažādos laika blīvumos (pamatojoties uz Einšteina, Bora hipotēzēm). Iespējams, nākotnē tā būs realitāte tāpat kā mobilais tālrunis šodien.

Ētera dinamika un kvantu sapīšanās

Pēc dažu vadošo zinātnieku domām, kvantu sapīšanās ir izskaidrojama ar to, ka telpa ir piepildīta ar kaut kādu ēteri - melno vielu. Jebkura elementārdaļiņa, kā mēs zinām, pastāv viļņa un korpusa (daļiņas) formā. Daži zinātnieki uzskata, ka visas daļiņas atrodas uz tumšās enerģijas "audekla". To nav viegli saprast. Mēģināsim to izdomāt citā veidā - asociācijas metodē.

Iedomājieties sevi jūrmalā. Neliels vējiņš un neliels vējiņš. Redzi viļņus? Un kaut kur tālumā, saules staru atspulgos, ir redzama buru laiva.
Kuģis būs mūsu elementārdaļiņa, un jūra būs ēteris (tumšā enerģija).
Jūra var kustēties redzamu viļņu un ūdens pilienu veidā. Tādā pašā veidā visas elementārdaļiņas var būt tikai jūra (tās neatņemama sastāvdaļa) vai atsevišķa daļiņa - piliens.

Šis ir vienkāršots piemērs, viss ir nedaudz sarežģītāk. Daļiņas bez novērotāja klātbūtnes ir viļņa formā un tām nav noteiktas atrašanās vietas.

Baltā buru laiva ir izcils objekts, tā atšķiras no jūras ūdens virsmas un struktūras. Tādā pašā veidā enerģijas okeānā ir "virsotnes", kuras mēs varam uztvert kā to mums zināmo spēku izpausmi, kuri ir veidojuši pasaules materiālo daļu.

Mikropasaule dzīvo pēc saviem likumiem

Kvantu sapīšanās principu var saprast, ja ņemam vērā faktu, ka elementārdaļiņas ir viļņu formā. Bez noteiktas atrašanās vietas un īpašībām abas daļiņas atrodas enerģijas okeānā. Brīdī, kad parādās novērotājs, vilnis “pārvēršas” par objektu, kas ir pieejams pieskarties. Otrā daļiņa, novērojot līdzsvara sistēmu, iegūst pretējas īpašības.

Aprakstītais raksts nav vērsts uz ietilpīgiem kvantu pasaules zinātniskiem aprakstiem. Spēja saprast parastu cilvēku ir balstīta uz piedāvātā materiāla izpratnes pieejamību.

Elementārdaļiņu fizika pēta kvantu stāvokļu samezglošanos, pamatojoties uz elementārdaļiņas griešanos (rotāciju).

Zinātniskā valodā (vienkāršotā) - kvantu sapīšanās tiek definēta ar dažādiem spiniem. Objektu novērošanas procesā zinātnieki redzēja, ka var pastāvēt tikai divi griezieni - gar un šķērsām. Savādi, bet citās pozīcijās daļiņas “nepozē” novērotājam.

Jauna hipotēze – jauns skatījums uz pasauli

Mikrokosma – elementārdaļiņu telpas – izpēte radīja daudzas hipotēzes un pieņēmumus. Kvantu sapīšanās efekts mudināja zinātniekus aizdomāties par sava veida kvantu mikrorežģa esamību. Pēc viņu domām, katrā mezglā - krustošanās punktā - ir kvants. Visa enerģija ir neatņemams režģis, un daļiņu izpausme un kustība ir iespējama tikai caur režģa mezgliem.

Šāda režģa "loga" izmērs ir diezgan mazs, un mērījums moderns aprīkojums neiespējami. Tomēr, lai apstiprinātu vai atspēkotu šo hipotēzi, zinātnieki nolēma izpētīt fotonu kustību telpiskā kvantu režģī. Apakšējā līnija ir tāda, ka fotons var pārvietoties vai nu taisni, vai zigzagos - pa režģa diagonāli. Otrajā gadījumā, pārvarot lielāku attālumu, viņš tērēs vairāk enerģijas. Attiecīgi tas atšķirsies no fotona, kas kustas taisnā līnijā.

Iespējams, laika gaitā mēs uzzināsim, ka dzīvojam telpiskā kvantu režģī. Vai arī tas var izrādīties nepareizi. Taču tieši kvantu sapīšanās princips norāda uz režģa pastāvēšanas iespējamību.

Ja runāt vienkārša valoda, tad hipotētiskā telpiskā "kubā" vienas sejas definīcijai ir skaidri pretēja nozīme otrai. Tas ir telpas – laika – struktūras saglabāšanas princips.

Epilogs

Lai saprastu burvju un noslēpumaina pasaule kvantu fizika, ir vērts tuvāk aplūkot zinātnes attīstības gaitu pēdējo piecsimt gadu laikā. Kādreiz Zeme bija plakana, nevis sfēriska. Iemesls ir acīmredzams: ja jūs uztverat tā formu kā apaļu, tad ūdens un cilvēki nespēs pretoties.

Kā redzam, problēma pastāvēja tad, ja nebija pilnīga visu darbojošos spēku vīzijas. Iespējams, ka mūsdienu zinātne lai izprastu kvantu fiziku, nepietiek tikai redzēt visus darbojošos spēkus. Redzes nepilnības rada pretrunu un paradoksu sistēmu. Iespējams, maģiskā kvantu mehānikas pasaule satur atbildes uz uzdotajiem jautājumiem.

Kopš seniem laikiem mēs pārraidām signālus, izmantojot dažādus informācijas nesējus. Mēs izmantojām signālugunis, bungas, baložus, elektrību. Un rezultātā viņi atkal nonāca gaismā - informācijas pārraidei caur optiku. Un tagad mēs pētām savienotos fotonus. Mēs visi zinām, ka atslēgu var pārraidīt tieši caur kvantu sapīšanu, bet ne citu informāciju. Un ja ne tieši, bet ar palīdzību? Kam tas interesē, laipni lūdzam zem kaķa.

kvantu sapīšanās

Pirmkārt, es mēģināšu izskaidrot kvantu sapīšanās ietekmi:

Ir zeķu pāris. Katra zeķe no pāra uzreiz pēc sapīšanas brīža tiek ievietota atsevišķā kastē un nosūtīta tās adresātam. Brīdī, kad kāds no adresātiem atver paku, viņš ierauga labo (vai kreiso) zeķi un uzreiz saņem informāciju par to, kura zeķe ir otram saņēmējam neatkarīgi no tā, cik tālu viņš atrodas. Turklāt iepriekš nav iespējams precīzi paredzēt, vai zeķe būs labā vai kreisā. Un pats galvenais, ar ko kvantu fizika tik ļoti atšķiras no klasiskās fizikas: kamēr nav atvērtas zeķes, viņi paši “nezina”, kas ir pa labi un kurš pa kreisi. Bet, tiklīdz viena no zeķēm ir novērota un "izlemta", otrā tajā pašā brīdī iegūst strikti pretēju īpašību. Sīkāku informāciju ar pierādījumu var atrast pēc pieprasījuma "Bella teorēma".

Kā redzat, jēgpilnas informācijas pārsūtīšana tieši caur šo īpašumu nav iespējama. Bet ir risinājums.

Informācijas nesēja un signāla pārraides princips

Tātad kvantu sakaru satelītam QUESS izdevās pārraidīt sapinušos fotonus starp observatoriju pāriem, kas atrodas līdz 1203 kilometru attālumā. Zinātnieki apstiprināja attiecību: viens veiksmīgs pārraides notikums uz sešiem miljoniem nosūtīto fotonu pāru. Šķiet, ka signāla un trokšņa attiecība neizraisa optimismu, tomēr pats pārraides panākumu fakts pārceļ uzdevumu strādāt ar šādu informācijas nesēju no neiespējamā uz inženiertehnisko uzdevumu, lai apkarotu dublēšanos un troksni.

Cerams, ka laika gaitā mēs nāksim klajā ar daudziem veidiem, kā izmantot kvantu sapīšanu. Es aprakstīšu vienu no, manuprāt, iespējamajiem.

Pirmais posms: ierīce atdala savienotos pārus un pārsūta sapinušos fotonus seriālā ķēdē uz torņiem "A" (nākotnes nosacījuma raidītājs) un "B" (nākotnes nosacījuma uztvērējs) glabāšanai. Uzglabāšanas datu nesējs ir pārsūtīts.

Otrais posms: tornis "A" mēra (novēro) pirmo fotonu ķēdē, nosaka ziņojuma pārraides sākuma brīdi, iedarbina taimeri "T", kura laikā mēra tos ķēdē esošos fotonus, kuri būs konvencionāli. vienības un neietekmē tos fotonus, kas būs nosacītā nulle; ar vāju mērījumu torņa "B" iekārta nosaka pirmā fotona stāvokļa izmaiņas un iedarbina taimeri "T".

Trešais posms: noteiktā laika "T" beigās torņa "B" iekārta ar vājas mijiedarbības palīdzību fiksē fotonu stāvokli ķēdē, kur sapīšanos zaudējušie fotoni ir 1, atlikušie sapinušies ir 0.

Tāpat, piemēram, ķēdes novērošanas sākuma un beigu trigeris var būt iepriekš sinhronizēts laika taimeris.

Tādējādi mūs neinteresē, kas īsti ir fotons pārī. Mūs interesē pats fakts: vai sapīšana ir saglabājusies vai nav. Signāls ir pārraidīts.

Šis ir ideālās pasaules jēdziens, kurā netika pazaudēts neviens fotons, ķēde tika salikta pareizi utt. Reālās pasaules problēmas ir problēmas, kas saistītas ar atlaišanu un troksni, kā arī grūtības izveidot sistēmas daļiņu uzglabāšanai, iedarbībai un kontrolei.
Bet galvenais ir signāla pārraidīšanas fundamentālā iespēja kvantu sapīšanās ceļā.

Informācijas nesēja un signāla savstarpējā saistība

Pati iespēja šādam darba veidam ar signālu ļauj paskatīties uz informāciju no jauna leņķa. Izrādās, ka informācijas nesēja (savienoto daļiņu ķēdes) pārraides brīdī esošo likumu ietvaros, ne ātrāk par gaismas ātrumu, mēs pārraidām visu iespējamo informāciju, ko var tikai šādi iekodēt.

Ļaujiet man sniegt jums analoģiju: jūs pasūtījāt grāmatu bibliotēkā, jūs satiekat kurjeru, un aiz viņa, jums neredzami, ir visas bibliotēkas grāmatas neatkarīgi no tā, vai jūs par tām zināt vai ne. Jūs nosaucat autoru un nosaukumu, paņemat savu vienu grāmatu, un pārējās nekavējoties tiek iznīcinātas.
Līdz nākamajam kurjeram no bibliotēkas.

Vēl viena līdzība: es uzrakstu vārdu "pīne", un jūsu smadzenēs parādās attēli, kurus var ierosināt šis informācijas nesējs. Tomēr signāla pārraidei ir nepieciešama specifikācija: "gaiši brūns" vai "koka" vai "smilšains". Citās valodās šī rakstzīmju kombinācija "izkapts" var nozīmēt ko citu, un informācija tiek ietverta medijā neatkarīgi no tā, vai mēs to zinām vai ne. Mums vienkārši nav vēlamā signāla dzidrināšanas sprūda un atmiņas.

Tā tas ir ar daļiņu ķēdi: pārraidīšanas brīdī uz torņiem mēs pārsūtījām visu iespējamo informāciju (iespējamos variantus), paliekot pazīstamās fizikas ietvaros, ne ātrāk par gaismas ātrumu, un veicām tikai precizējumu. mērīšanas fakts.

Kopumā mūs gaida aizraujošs laiks, mēģinot izskaidrot (un saprast), ka nosacītais spiegs ir uzvilcis uz objekta sapinušos daļiņu pāri un noteiktā laikā nospiedis pogu (vai nenospiedis, atstājot daļiņas saistītas ), nepārsūtīja informāciju caur pārī savienotajām daļiņām “galvenajā mītnē” ātrāk nekā gaismas ātrums. Viņš nodod savu informāciju kā gliemezis uz kupras. Un poga tikai precizēja, izvēlējās, konkretizēja. Mums vēl ir jānoskaidro, ko viņš izdarīja. Bet militārpersonām tas patiks. Tāpat kā vārpstas, kuras nevar pasargāt no komandas, un bez vadības vadiem. Vēlos iespēju dot pasūtījumu jebkurā attālumā, caur jebkuriem traucētājiem, uztvērējam ar iepriekš paņemtu daļiņu konteineru. Es domāju, ka tieši viņi atkal pārvietos tehnoloģiju.

Vai arī ķirurgs, kuram torņi visā pasaulē visu nakti dažādos planētas galos ar visu cieņu gaismas ātrumam uzkrājuši informācijas nesējus (sapinušās daļiņas), veiks operāciju un redzēs ķirurģiskas operācijas acumirklīgās reakcijas. robots desmitiem tūkstošu kilometru attālumā no sava biroja. Viņš vēlāk intervijā teiks, ka viss noticis acumirklī. Un fiziķis, kas to lasīs, kurnēs, ka visa informācija par visām iespējamām ķirurga darbībām tika pārraidīta naktī (no fizikas viedokļa), normālā ātrumā. Un ķirurgs tikai ar savām darbībām “norādīja”, kā tieši viņš operēja.

Vai arī informācijas mijiedarbība un, piemēram, pasaules lokalizācijas īpašības. Šī īpašība nozīmē, ka notikums vienā, piemēram, planētas punktā nevar uzreiz ietekmēt fizisko realitāti citā planētas punktā. Tad, ja nosacīta pogas nospiešana caur kvantu sapīšanās efektu acumirklī iedegas spuldzīte planētas otrā pusē, tad informācija par ietekmējošo notikumu informācijas nesējā tika ietverta pirms ietekmējošā notikuma rašanās.

Izrādās, ka esam uz nākamā signāla evolūcijas soļa sliekšņa. Ar kvantu pasaules palīdzību mēs dalāmies ar signāla ātrumu un informācijas nesēja izplatīšanās ātrumu. Nodrošinot savienotu pāru piegādi normālā ātrumā, brīdī, kad ir ļoti svarīgi gandrīz nekavējoties pārraidīt signālu, mēs, kaut arī teorētiski, to varam paveikt.