Olarak kuantum mekaniği , kuantum dolaşıklık veya kuantum dolanması iki tanecikler (veya partikül grupları) ilgili bir sistemi oluşturur; bir olgudur ve sergi kuantum bağımsız olarak mesafe ayrıldığı her biri birbirinden bağımlı. Böyle bir duruma "dolaşık" veya "dolaşık" denir, çünkü bu farklı parçacıkların gözlemlenen fiziksel özellikleri arasında korelasyonlar vardır . Gerçekten de Bell'in teoremi, dolaşıklığın yerel olmayan eylemlere yol açtığını gösterir. Bu nedenle, dolanık iki O 1 ve O 2 nesnesi birbirlerinden çok uzak olsalar bile bağımsız değildirler ve {O 1 + O 2 } tek bir sistem olarak düşünmeliyiz .
Bu gözlem, kuantum mekaniğinin yorumlanması üzerine felsefi tartışmaların merkezinde yer alır . Gerçekten de, Albert Einstein tarafından savunulan yerellik ilkesini sorgulamaktadır, ancak bununla tamamen çelişmemektedir, çünkü ışıküstü bir hızda bilgi alışverişi imkansız kalmaktadır ve nedenselliğe saygı duyulmaktadır.
Kuantum dolaşıklığı, kuantum kriptografisi , kuantum ışınlanma veya kuantum bilgisayar gibi kuantum bilgi alanlarında potansiyel uygulamalara sahiptir .
Dolanık durumların şaşırtıcı doğası ilk olarak Einstein , Podolsky ve Rosen tarafından kuantum mekaniğinin eksik olduğunu göstermeye çalışan 1935 tarihli bir makalede vurgulandı . Bu makalede yazarlar, EPR paradoksu olarak bilinen bir düşünce deneyini anlatmaktadır . Ancak Einstein'ın inanmadığı için " uzaktan (in) ürkütücü eylem " dediği şey, fizikçiler tarafından geniş çapta doğrulandı ve onaylandı.
Alain Aspect tecrübesi ihlal gösteren ilk deney Bell eşitsizliği kuantum dolanması ve varsayımları olgusunun doğrulama için kesin bir sonuç kurulması olmayan mevkiinde . Bu fenomeni gösteren deneyler, 1970'lerden bu yana giderek daha büyük mesafelerde gerçekleştirilmiştir:
Eli Megidish'in ekibi 2012 ve 2013 yılları arasında uzaysal boyutun yanı sıra zamanda dolaşıklığın da gerçekleştiğini gösteren deneyler yaptı: bir çift dolaşık fotondan, onu ortadan kaldıran birini (1 ile not edildi) ölçtüler, sonra ikinci foton (not 2) başka bir dolanık çiftin (not 3) bir fotonu ile etkileşime girdi; foton 1 ile ikinci çiftin (not 4) ikinci fotonu arasında bir korelasyon olduğunu gösterdiler. Foton 1 ve 4 hiçbir zaman bir arada var olmadılar, bu da mekansızlığın zamanda da geçerli olduğunu kanıtlıyor.
2016 yılında , Varşova Üniversitesi'ndeki kuantum bellek laboratuvarından üç araştırmacı, bir fotonu 1.000 milyar rubidyum atomundan oluşan makroskopik bir nesneyle dolaştırmayı başardıklarını açıkladılar . Difüzyon atomların bu grup üzerinde tek foton kendi bulmak mümkün kılan kuantum durumunu bu fotonlar yer alan bilgiler yenileme kapasitesine sahip sofistike bir kamera kullanarak. Çok sayıda atom üzerinde dağıtılan bilgiler, bunlardan biri kaldırılsa bile korunur. İkinci bir deney, birkaç mikrosaniyelik bir süre boyunca 12 foton depolayan bir tür kuantum bellek oluşturmayı mümkün kıldı.
2019'da Glasgow Üniversitesi'nden bir fizikçi ekibi, iki parçacık arasındaki kuantum dolaşıklığı ilk kez fotoğrafladı.
Dolanık olmayan veya ayrılabilir bir durumun ne olduğunu tanımlamak, dolaşmış bir durumun ne olduğunu doğrudan tanımlamaktan daha kolaydır.
Genel sistem {S durumda 1 + S 2 bir ile tarif edilebilir} durum vektörü , durum a, vektör bir Hilbert alanı . Bazı durumlar, S 1 durumu ile S 2 durumu arasında bir tensör çarpımı olarak yazılabilir :
Bu durumlara ayrılabilir veya faktörleştirilebilir durumlar denir . Sistem S 1 açık bir şekilde tanımlanmış kuantum durumundayken S üzerinde gerçekleştirilen ölçümlerle değişmez, 2 .
Bir dolaşık durum tanımı genel olarak şeklinde yazılır ayrılmaz bir durum olduğu
Bu nedenle , iki parçalı bir sistemin durumlarının bir üst üste binmesidir. Ayrılabilir ve dolanık durumlar arasındaki farkı göstermek için, örneğin bunun bir uzay tabanı ve bir uzay tabanı oluşturduğunu varsayalım . Eyalet:
ayrılabilir bir durumdur, çünkü yukarıda belirtildiği gibi çarpanlara ayrılabilir, hal ise:
karışmış bir durumdur.
gösteriEğer çarpanlara ayrılabilir bir durum olsaydı , bunu genel formda yazabilmemiz gerekirdi:
nerede , , ve dört olan karmaşık sayılar . İkinci eleman ise, birinci terim alt sisteminin durumu S temsil eder 1 uzayda ve ikinci dönem alt S durumunu temsil eder 2 uzayda . Daha sonra aşağıdaki sistemi elde ederiz:
(1) denkleminin tutması için, ya (3) ile uyumsuz ya da (4) ile uyumsuz olması gerekir. Yukarıdaki sistemin bu nedenle, durumun çarpanlara ayrılamayacağını gösteren bir çözümü yoktur .Sonuç olarak, orada mevcut önsel yasal durumları küresel sistemin {S 1 + S 2 } S bir alt sisteminin bir durum tensör ürün şeklinde yazılır edilemez 1 , bir alt sisteminin bir durumu S tarafından 2 ; Bu tür dolaşık durumları için, bu “S durumunun söz etmek imkansızdır 1 ”: Sadece Genel sistem {S 1 S + 2 } tanımlanmış durumuna sahip, yukarıdaki ilişkinin birinci eleman ile tanımlanan durum. Bir anlamda, iki sistemi kavramsal olarak ayırmak artık mümkün değil.
Devletin temel özelliği mükemmel bir ilişki vardır ki ölçümleri S üzerinde gerçekleştirilen 1 S üzerinde gerçekleştirilen ölçümlerle 2 . Böylece, S 1'in durumunu “+/–” bazında ölçtüğümüzü ve “+” bulduğumuzu (vakaların %50'sinde rastgele gerçekleşebilir) varsayalım . Toplam sistem {S 1 S + 2 } sonra olduğu tahmin edilen duruma S ölçüsü, böylece, 2 verecek "-" kesin, iki ölçüt bir aralığı ile ayrılır bile tipi alanı alan-zaman içinde. Einstein bu fenomeni "uzaktan doğaüstü bir eylem" olarak tanımladı, çünkü her şey sanki belirli bir anda S 1 üzerinde yapılan ölçüm S 2 üzerinde yapılan ölçümün sonucu üzerinde iki olay birbirini tutsa bile kesinlikle anlık bir etkiye sahipmiş gibi oluyor. değil. nedensel ilgili olmayan, bu bilgilerin bir parça S'den başlayarak bile demek ki 1 ve S bilgilendirmek için zamanı yoktur ışık hızında hareket eden 2 S üzerinde ölçüm sonucunun 1 . Aslında dolanık bir sistem, dolanık kaldığı sürece, bu sistemin uzamsal kapsamı ne olursa olsun, iki bağımsız sisteme ayrılamayan mutlak bir bütün oluşturur. Bunun sahip olabileceği felsefi sonuçların yanı sıra EPR paradoksu ile ilgili makale ve iki fotonlu bir sistemin dolaşmış durumlarının laboratuvarda ilk kez üretildiği Aspect deneyi ile ilgili makale için aşağıya bakın . iki fotondan oluşan {S 1 + S 2 } global sisteminin S 1 ve S 2 alt sistemlerinden birini temsil eden foton.
Deneysel olarak, %100 tekrarlanabilirlik ile iyi belirlenmiş bir kuantum durumu hazırlamak mümkün değildir. Bu kusurlu hazırlığı hesaba katmak için, sistem durumunu , her saf durumu bu durumu üretme olasılığına göre ağırlıklandıran bir yoğunluk matrisi ile tanımlar . Bu nedenle kendimize bir yoğunluk matrisi tarafından tanımlanan ayrılabilir bir durumun tanımının ne olduğunu sorabiliriz. İlk tercih, ayrılabilir durumları yazılanlar olarak tanımlamak olacaktır:
.Orada S yapılan ölçümler arasında bir ilişki olduğu için, bu durumları etkin bir şekilde ayrılabilir 1 ve S yapılanlar 2 , fakat tanım uzatılabilir ve bir devlet Ayrılabilir yoğunluğu matrisi için en genel yazıyor:
,olasılık yasası nerede ( ve ).
Bu tanım, geleneksel olarak ilişkili sistemleri ayrılabilir durumlara dahil etme avantajına sahiptir . Örneğin, iki parçacığı aynı anda ve rastgele bir şekilde iki durumda ve bir kez de iki durumda üreten bir deney varsayalım . Bu şekilde üretilen durum matris ile temsil edilir . Alternatif olarak, her gün iki meslektaşına (1 ve 2), biri "+" işareti ve diğeri "-" işareti içeren iki mektup gönderen, ancak rastgele harf ve adresleri eşleştiren, alaycı bir fizikçi hayal edilebilir. S 1'de yapılan ölçümler S 2'de yapılan ölçümlerle mükemmel bir şekilde ilişkilendirilecektir : bir sistem için ölçüm “+” veriyorsa, diğer sistemin ölçümünün “-” vereceğinden eminiz. Bununla birlikte, bu korelasyonlar doğada kuantum değildir: iki parçacık üretilir üretilmez var olurlar ve sistemin durumunun ölçüldüğü gerçeğinden gelmezler. Özellikle, gözlemlenebilir “işaret” ile değişmeyen bir gözlemlenebilir kullanarak ölçümün temelini değiştirseydik, bu şekilde üretilen durumun Bell'in eşitsizliklerini ihlal etmediğini görürdük . Bu nedenle sonuçlar, yukarıda açıklanan dolaşık durumla elde edilenlerden farklıdır .
Yoğunluk matrisi formalizminde, dolanık bir durum basitçe ayrılamayan bir durum olarak tanımlanır. Genel durumda, bir sistemin yoğunluk matrisini bilsek bile, elde edilen durumun dolanık mı yoksa ayrılabilir mi olduğunu söylemek zordur. Gerekli bir koşul, yoğunluk matrisinin “kısmi devrik” inin pozitif olup olmadığını görmektir. ve boyutları için bu koşul da yeterlidir.
Kuantum mekaniğinin öngördüğü karışık durumlar o zamandan beri laboratuvarda gözlemlendi ve davranışları teorinin öngördüğüne karşılık geliyor. Bu onu yerel olmayan bir fiziksel teori yapar .
Öte yandan, dolanık durumların uzay-zamanda bir noktadan diğerine ışıktan daha hızlı iletişim kurmak için kullanılamayacağı gösterilmiştir. Aslında, bu iki parçacığın durumları yalnızca koordinelidir ve bilgi aktarımını mümkün kılmaz : ilk parçacıkla ilgili ölçümün sonucu her zaman rastgeledir. Bu, dolanık olmayan devletlerde olduğu gibi dolanık devletler için de geçerlidir. Diğer parçacığın durumunun değişmesi, ne kadar anlık olursa olsun, eşit derecede rastgele bir sonuca yol açar. İki ölçüm arasındaki korelasyonlar ancak sonuçlar karşılaştırıldıktan sonra tespit edilebilir, bu da zorunlu olarak göreliliğe saygılı, klasik bir bilgi alışverişini gerektirir. Kuantum mekaniği böylece nedensellik ilkesine saygı duyar .
Bir maksimum dolaşık durumda, S durumunun tam bir ilişki vardır 1 S bununla 2 entropi (S böylece, 1 S birlik 2 basitçe) olup S 2 veya S 1 . Tam bir subadditivity var.
Detaylı makale; ER = EPR
İki Amerikalı fizikçi olan Juan Maldacena ve Leonard Susskind , Einstein tarafından keşfedilen iki fenomeni birbirine bağlayan bir teori geliştirdiler: “Einstein-Rosen köprüleri” (veya solucan delikleri ) ve kuantum dolaşıklığı. İki bilim adamına göre, birbirine dolanmış iki parçacığı birbirinden uzaklaştırmak, aslında özelliklerini uzay-zamanda çeşitli yerlerde gösterecek olan tek bir parçacığın etrafında bir ER köprüsü kurmak gibi olurdu.
Bu teori EPR paradoksu adı verilen kuantum mekaniğinin mekansızlığının altını çizen ve görelilik teorisinin temeli olan yerellik ilkesinin karşısına çıkan bir soruna ışık tutar . Bununla birlikte, bu ER / EPR yazışması, yalnızca kütlenin yokluğunda yerçekiminin üretildiği çok basitleştirilmiş bir evren modelinde gösterilmiştir.
Karmaşık teknolojik adaylar çoktur:
Kuantum hesaplama biz düşük intricats gerçekleştirmek biliyorum beri ilerlemiştir eşevresizlik : Bir gelecek geleceğini öngörmek düşünülemez hale kuantum bilgisayarın . Matematikçiler ( Şor , Kitaev ...) kurdu kuantum hesaplama başlangıcını devrim olduğunu, XXI inci yüzyıl hesaplanması hesaplama karmaşıklığı ve onlar aracılığıyla kendi saflığını geri olduğunu gösterdi hata düzeltme kodları eşevresizlik telafi ederim.
Bu kodlar 2009 yılında yoğun araştırmalara tabi tutulmuştur. Kuantum bilgisinin geleceği doğrudan bunlarla ve onunla birlikte kuantum hesaplama dünyası ile bağlantılıdır.