Kvantové zapletenie vo fyzike

Čo to znamená, keď sú dve častice zapletené

Kredit: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images

Kvantové zapletenie je jedným z hlavných princípov kvantová fyzika , aj keď je to tiež veľmi nepochopené. Stručne povedané, kvantové zapletenie znamená, že viaceré častice sú navzájom prepojené takým spôsobom, že meranie kvantového stavu jednej častice určuje možné kvantové stavy ostatných častíc. Toto spojenie nezávisí od umiestnenia častíc v priestore. Aj keď oddelíte zapletené častice na miliardy kilometrov, zmena jednej častice vyvolá zmenu druhej. Aj keď sa zdá, že kvantové zapletenie prenáša informácie okamžite, v skutočnosti neporušuje klasickú rýchlosť svetla, pretože neexistuje žiadny „pohyb“ priestorom.

Klasický príklad kvantového zapletenia

Klasický príklad kvantového zapletenia sa nazýva EPR paradox . V zjednodušenej verzii tohto prípadu uvažujme časticu s kvantovým spinom 0, ktorá sa rozpadne na dve nové častice, časticu A a časticu B. Častica A a častica B smerujú v opačných smeroch. Pôvodná častica však mala kvantový spin 0. Každá z nových častíc má kvantový spin 1/2, ale keďže sa musia sčítať do 0, jedna je +1/2 a jedna -1/2.

Tento vzťah znamená, že tieto dve častice sú zapletené. Keď meriate rotáciu častice A, toto meranie má vplyv na možné výsledky, ktoré by ste mohli získať pri meraní rotácie častice B. A to nie je len zaujímavá teoretická predpoveď, ale bola overená experimentálne prostredníctvom testov Bellova veta .

Jedna dôležitá vec na zapamätanie je, že v kvantovej fyzike nie je pôvodná neistota o kvantovom stave častice len nedostatkom vedomostí. Základnou vlastnosťou kvantovej teórie je, že pred samotným meraním je častica skutočne nemá určitý stav, ale je v superpozícii všetkých možných stavov. Najlepšie to modeluje klasický myšlienkový experiment kvantovej fyziky, Schroedingerova mačka , kde prístup kvantovej mechaniky vedie k nepozorovanej mačke, ktorá je živá aj mŕtva súčasne.

Vlnová funkcia vesmíru

Jedným zo spôsobov interpretácie vecí je považovať celý vesmír za jednu vlnovú funkciu. V tomto znázornení by táto „vlnová funkcia vesmíru“ obsahovala termín, ktorý definuje kvantový stav každej častice. Je to práve tento prístup, ktorý necháva otvorené dvere tvrdeniam, že „všetko je prepojené“, s ktorými sa často manipuluje (či už zámerne alebo prostredníctvom úprimného zmätku), aby skončili vecami ako napr. fyzikálne chyby v Tajomstvo .

Hoci táto interpretácia znamená, že kvantový stav každej častice vo vesmíre ovplyvňuje vlnovú funkciu každej inej častice, robí to spôsobom, ktorý je len matematický. V skutočnosti neexistuje žiadny druh experimentu, ktorý by mohol niekedy - dokonca aj v zásade - objaviť účinok na jednom mieste, ktorý sa objaví na inom mieste.

Praktické aplikácie kvantového zapletenia

Hoci kvantové zapletenie vyzerá ako bizarné sci-fi, už existujú praktické aplikácie tohto konceptu. Používa sa na komunikáciu v hlbokom vesmíre a kryptografiu. Napríklad Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer (LADEE) od NASA demonštroval, ako možno kvantové zapletenie použiť na nahrávanie a sťahovanie informácií medzi kozmickou loďou a pozemným prijímačom.

UpravilAnne Marie Helmenstine, Ph.D.