Доброго времени суток всем!
Мы продолжаем рассматривать возможности квантовой механики для передачи информации с использованием корреляции квантово-запутанных частиц. В отличие от классических способов связи, использование квантово запутанных частиц дает потенциальную возможность мгновенно передавать информацию на большие расстояния. Трудность заключается в том, чтобы найти способы кодирования и декодирования передаваемой информации. Данная статья посвящена поиску решений данной задачи и возможности создания экспериментальной установки. Если вас тоже интересует данная задача — добро пожаловать под кат!
Напомню, что в прошлой статье мы рассматривали одну из возможных схем для передачи информации между двумя удаленными объектами. В частности была рассмотрена оптическая схема со светоделителями для получения интерференции, а также схема детектирования и квантового стирания с использованием двух даун-конверторов. В комментариях было множество обсуждений по поводу работоспособности такой схемы, а также критика со стороны хабрапользователей, что применение даун-конверторов приводит к взаимодействию с исходной частицей, сдвигу фаз интерференционного паттерна и прочим неприятным последствиям. Я не исключаю такой возможности, поэтому после детального рассмотрения решил исключить использование даун-конверторов и построить схему с использованием круговых и линейных поляризаторов. Забегая вперед, могу сказать, что у данного решения есть свои трудности, вследствие которых невозможно получить картину интерференции. Для решения этих трудностей мы применим элегантный подход, вытекающий из следствия самой квантовой механики. Я глубоко благодарен всем, кто участвовал в обсуждении прошлой статьи. Ваши доводы и критика помогли мне глубже понять сопутствующие трудности, искать больше информации и находить новые решения.
Для начала рассмотрим реальную экспериментальную установку. Луч лазера попадает на нелинейно-оптическое устройство: кристалл бета-бората бария (BBO), благодаря которому один фотон преобразуется в два запутанных фотона более низкой частоты. Процесс, известен как спонтанное параметрическое рассеяние. Полученная пара фотонов следуют разными путями, один из которых поступает непосредственно на детектор 1, а второй проходит через двойную щель и попадает на детектор 2. Оба детектора подключены к схеме совпадений, гарантируя, что будут учитываться только запутанные пары фотонов. Шаговый двигатель перемещает второй детектор и сканирует целевой область, создавая карту интенсивности, которая формирует знакомую картину интерференции.
Для фотона, проходящего через двойную щель перед каждой щелью помещаются круговые поляризаторы, создающие поляризацию света по часовой стрелке при прохождении одной щели, и поляризацию против часовой стрелки при прохождении другой щели. Фотоны проходящие через поляризатор по часовой стрелке не могут пройти через поляризатор направленный против часовой стрелки. А фотоны проходящие через поляризатор против часовой стрелки, не могут пройти через поляризатор направленный по часовой стрелке. Круговые поляризаторы «маркируют» фотоны, разрушая интерференционную картину на втором детекторе (Законы Френеля-Араго).
Далее вводится линейный поляризатор на пути первого фотона, позволяющий получить диагональную поляризацию фотонов. Запутывание обеспечивает также дополнительную диагональную поляризацию в своем партнере, которая проходит через двойную щель. Это меняет эффект круговых поляризаторов — теперь каждый фотон способен пройти через круговые поляризаторы по часовой стрелке и против часовой стрелки. Таким образом, больше невозможно определить по какому пути прошли фотоны, и интерференционные полосы восстанавливаются.
Рассмотрим это подробнее на следующем примере. Представим себе Алису, использующую линейную или круговую поляризацию на первом детекторе мгновенно влияя на результаты измерения Боба на втором детекторе. Предположим, что кристалл BBO производит следующее состояние:
Если Алиса помещает круговой поляризатор перед детектором, который отфильтровывает фотоны с поляризацией по часовой стрелке, то каждый раз, когда Алиса измеряет фотон, соответствующий фотон Боба обязательно имеет поляризацию по часовой стрелки:
Поскольку Боб разместил возле каждой щели противоположные поляризационные фильтры, мы знаем, что эти фотоны могут пройти только (скажем) первую щель. Из этой щели они попадают на экран в соответствии с волновой функцией:
где a — расстояние между прорезями, d — расстояние от щелей до экрана, а x — расстояние до середины экрана. Интенсивность света на экране (количество фотонов) будет пропорциональна квадрату амплитуды этой волны, другими словами
Аналогично, когда Алиса измеряет фотон с поляризацией против часовой стрелки, соответствующий фотон Боба оказывается поляризованным против часовой стрелки, который может проходить только через вторую щель и попадать на экран с волновой функцией
Обратите внимание, что единственным отличием является знак a / 2, потому что фотон испускался из другой щели. На экране мы также увидим пятно, — но это другое пятно, который сдвинут на расстояние a. Здесь есть один важный момент: если Боб никогда не узнает, какую поляризацию применила Алиса, то Боб на самом деле видит на своем экране сумму двух интенсивностей:
поскольку оба они производятся в равных количествах кристаллом. Боб может различать только два пика в своих данных. Только после получения результатов измерения Алисы он сможет увидеть, что для набора фотонов, где Алиса измерила поляризацию по часовой стрелке, подмножество фотонов Боба распределилось согласно
а для набора фотонов, где Алиса измеряет поляризацию против часовой стрелки, подмножество фотонов Боба распределилось согласно 
Теперь рассмотрим ситуацию, когда Алиса будет использовать линейный поляризатор вместо кругового. Первое, что нужно сделать, это записать волновую функцию системы в терминах состояний линейной поляризации:
При использовании Алисой горизонтального поляризатора, волновая функция фотонов Боба окажется в состоянии суперпозиции поляризации по часовой стрелке и против часовой стрелки. Это означает, что фотон действительно сможет проходить через обе щели! При попадании на экран мы получим амплитуду волны
где
представляет собой разность фаз между двумя волновыми функциями в положении х на экране. Теперь на экране действительно интерференционная картина! Аналогично, если Алиса будет использовать вертикальный поляризатор, то амплитуда волн фотонов Боба равна
И снова на экране возникает интерференционная картина, но она слегка изменилась от предыдущего из-за разности фаз фотонов, пересекающих горизонтальный и вертикальный поляризатор.
Так может ли Алиса послать сообщение Бобу, кодируя свое сообщения с использованием линейных и круговых поляризаторов? К сожалению нет. Так как Бобу не сообщили, какая поляризация была использована Алисой, все, что он видит, является суммой двух интерференций. Следовательно, результат,
снова является пятном.
(два шаблона интерференции и их сумма, когда Алиса измеряет поляризацию фотонов с помощью линейного поляризатора)
Корреляции меняются в зависимости от того, какой эксперимент проводит Алиса. Несмотря на то, что общая картина одинакова, два подмножества в итоге дают радикально разные корреляции: если Алиса использует линейную поляризацию, то полная картина на экране формируется из двух интерференционных картин, а если Алиса использует круговую поляризацию, то картина представляет собой сумму двух пиков.
Чтобы обнаружить интерференцию потребуется изменить данный эксперимент следующим образом: вместо двух щелей с круговыми поляризаторами необходимо будет установить интерферометр Маха Цендера. Рассмотрим подробнее принцип работы данного интерферометра и попробуем узнать, что измениться при его использовании.
ИНТЕРФЕРОМЕТР МАХА ЦЕНДЕРА
На входе интерферометра находится полупрозрачное зеркало, расщепляющее световой поток на два луча. Отражаясь от двух непрозрачных зеркал они сводятся вместе во втором полупрозрачном зеркале. Будь фотон классической частицей то с вероятностью 50% он мог бы пройти через первое полупрозрачное зеркало, и с вероятностью 50% отразится от него.
Если же провести реальный эксперимент, мы увидим, что все фотоны пройдя прибор будут двигаться вниз. Ни один фотон после второго полупрозрачного зеркала не будет двигаться вверх. Дело в том, что пройдя первое полупрозрачное зеркало фотон будет описываться не классическими вероятностями, а квантовой суперпозицией.
Обозначим базисными кет-векторами со стрелочками два возможных направления движения фотона: вверх и вниз. Тогда изначально фотон будет описываться вектором состояния «вниз». После прохождения первого полупрозрачного зеркала фотон будет в суперпозиции базисных векторов «вверх» и «вниз». Эта суперпозиция является еще одной физической реализацией кубита, наравне со спином электрона и поляризацией фотона.
На выходе второго полупрозрачного зеркала наблюдается ни что иное как интерференция фотона с самим собой. Если мы попытаемся узнать по какому из плечей интерферометра действительно прошел фотон, то интерференция пропадает.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Попробуем разместить круговые поляризаторы в интерферометре Маха Цендера. На одном плече интерферометра установим круговой поляризатор по часовой стрелке. На другом плече установим круговой поляризатор против часовой стрелки. Причем на верхнем плече круговой поляризатор устанавливается непосредственно после полупрозрачного зеркала. На нижнем плече круговой поляризатор устанавливается после отражающего зеркала. Дело в том, что фотон с круговой поляризацией отражаясь от зеркала меняет направление поляризации на противоположный. Поэтому для фотонов, которые не отразились от полупрозрачного зеркала, круговая поляризация устанавливается после отражения от зеркала.
Ситуация изменится, если использовать квантово-запутанные частицы. Допустим луч лазера попадает на нелинейно-оптическое устройство: кристалл бета-бората бария (BBO), благодаря которому один фотон преобразуется в два запутанных фотона более низкой частоты. Полученная пара фотонов будут следовать разными путями, один из которых проходит круговой поляризатор и попадает непосредственно на детектор 1, а второй проходит через интерферометр с круговыми поляризаторами и попадает на детектор 2 или 3.
Такая схема реализации удобна тем, что не требует устанавливать схему совпадений запутанных частиц, выпускать фотоны поодиночке и анализировать положение каждого фотона на экране. Устанавливая или убирая линейный поляризатор на пути запутанных частиц можно моментально влиять на распределение их партнеров между детекторами 2 и 3. Достаточно сравнить интенсивность светового потока в обоих детекторах и определить передаваемый бит информации. Естественно, на выходе кристалла BBO не все фотоны получаться запутанными. Количество запутанных пар будет составлять несколько десятков процентов из общего числа. Но даже небольшое изменение интенсивности света могут быть зафиксированы детекторами, что позволит расшифровать передаваемую информацию. Второй большой плюс состоит в том, что запутанные пары не находятся в состоянии суперпозиции между собой. Это позволяет им взаимодействовать с окружающей средой и при этом не разрушать передаваемую информацию, в отличии от квантовой телепортации, когда взаимодействие с воздухом или оптическим кабелем разрушает волновую функцию фотона.
СОПУТСТВУЮЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
Применение такой схем позволит достичь минимальной задержки при передачи информации на большие расстояния. Скорость передачи информации может существенно превосходить скорость света в вакууме. Некоторые утверждают, что СТО/ОТО запрещает передачу информации со скоростью выше скорости света. Идея конечности скорости света была предложена Пуанкаре и получена из формул Максвелла. При этом изначально речь шла об электромагнитном поле, а затем с лёгкой руки Альберта Германовича была распространена на все массивные и безмассовые материальные объекты. Важно подчеркнуть, что об информации речи не было, если открыть любую книжку по СТО/ОТО, информация не присутствует в математическом формализме. Поэтому когда утверждают о том, что СТО/ОТО запрещает передачу информации выше скорости света, делается неявное предположение, что иного способа, кроме как «посадить информацию» на пучок фотонов/электронов и т.д. не существует.
ЭНТРОПИЯ
Как мы знаем энтропия – это мера беспорядка. Считается, что течение времени приводит к увеличению энтропии. Значит, прошлое должно иметь меньшую энтропию, чем будущее. И если мы попытаемся вернуться в прошлое, то это приведет к проблеме возросшей энтропией. В действительности энтропия никак не связана с передачей информации, поскольку мы не отправляем в прошлое никакие материальные тела. Поэтому проблему возросшей энтропии термодинамических систем нельзя применять к фотонам.
ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИ
Одним из основных проблем мгновенной передачи информации является нарушение принципа причинности. Заметим, что современная физика нигде не требует соблюдения причинности на квантовом уровне, поэтому её среди постулатов физики нет. Существуют квантовые эксперименты, в которых стрела времени вполне может быть повернута вспять. Однако от соблюдения причинности человек пока отказаться не может, т. к. это противоречит нашей логике.
Согласно теории относительности Эйнштейна мгновенная передача информации позволяет получить информацию прежде, чем она будет отправлена. Например, если решим отправить информацию самому себе, то можем провести эксперимент таким образом, чтобы получить информацию до того, как мы его отправим. Допустим, что мы будем передавать информацию с помощью запутанной пары. Тогда один фотон пройдет через интерферометр и попадет на детектор, а второй фотон, например, отправится на Луну, где отразится от зеркала и вернется обратно к нам.
Данную проблему позволяет решить теория альтернативных реальностей Хью Эверетта, у которого на сегодняшний день имеется много сторонников. Согласно теории Эверетта, существует бесчисленное множество альтернативных реальностей. При каждой возможности выбора наша реальность делится на несколько альтернативных реальностей, в которых реализуются все возможные варианты выбора. Реальности могут пересекаться и расходится, образуя множество вариантов прошлого и будущего.
По этой теории интерференция на двух щелях – это пересечение двух схожих реальностей без какого либо коллапса волновой функции. В одной реальности фотон проходил через первую щель, в другой реальности фотон проходил через вторую щель. При пересечении двух реальностей получается, что фотон проходил через обе щели. Мы не можем узнать через какую именно щель прошел фотон, потому что прошлое фотона для нас неопределенно. Тоже самое относится к будущему. После излучения фотона мы не можем знать где оно находится. Фотон может находится где угодно, и в каждой версии будущего реализуется один из вероятностей, где траектория фотона точно определена.
Если теория Хью Эверетта верна, то наше решение отправить противоположное значение вместо увиденного не приведет к «парадоксу убитой дедушки». В данном случае мы получим лишь среднее значение из двух возможных вариантов, по которому уже не сможем определить какую информацию решили отправить себе в будущем. Мы можем отправить любой вариант и это не приведет никаким проблемам.
Проведение реальных экспериментов, возможно, позволят нам получить экспериментальное подтверждение данной теории. Хотя косвенное подтверждение теории уже имеется. Например, существует возможность получить фотографию микроскопических объектов, не возмущая исследуемый объект (т.е. не направляя на объект ни единого фотона). Данное явление активно изучается с целью построения новых типов микроскопов.
АНАЛИЗ БУДУЩЕГО
Теория многомировой интерпретации не означает, что нет никакой возможности получить достоверную информацию из будущего. Использование вышеописанной схемы в детерминированных системах позволит получить достоверный прогноз с высокой степенью вероятности. Например, если мы решим узнать «исчезнет ли завтра Луна», то во многих альтернативных вариантах развития событий (расходящихся из нашей сегодняшней реальности) такая вероятность будет минимальна. Соответственно, результаты эксперимента будут указывать преимущественно на один вариант ответа. Можно также получить прогноз погоды с высокой степенью достоверности, минуя огромное количество вычислений в суперкомпьютерах. Возможности применения в области прогнозирования весьма велики. Одним из важных задач для анализа может выступать прогнозирование важных решений и анализ их последствий.
Следует отметить, что до реального использования в области прогнозирования будущего еще далеко. Чтобы получить задержку на сутки, потребуется вывести спутник с зеркалом на границу Солнечной системы и изготовить очень качественный лазер с минимальным углом расходимости. Если использовать многократное переотражение луча, потребуется создание идеально отражающих зеркал. Например, за сутки придется 70000 раз переотразить луч лазера между Землей и Луной. Возможно, решением станет замедление скорости света при помощи сверхохлажденной среды, известной как конденсат Бозе-Эйнштейна. Насколько мне известно, физикам из Роуландовского института научных исследований удалось замедлить скорость света до 17 метров в секунду, а через несколько лет группе ученых из Гарвардского университета удалось даже полностью остановить свет на 10-20 мс.
Источники:
Quantum eraser experiment
Интерференция кубита с самим собой
Реально ли многомирие?
Комментарии (118)
dkukushkin
19.08.2018 03:12Правильно ли я понял, что вы опровергли No-communication theorem?
Вообще выглядит все интересно, но пока больше напоминает эдакие хитроумные варианты вечного двигателя, которые выглядят вполне рабочими.bull1251 Автор
19.08.2018 12:35+2Я лишь предложил схему эксперимента основываясь на квантово механических расчетах. Критерием истины всегда является практический эксперимент.
DrPass
19.08.2018 03:51В отличие от классических линий связи, использование квантово запутанных частиц дает потенциальную возможность мгновенно передавать информацию на большие расстояния
Не понял уже этого утверждения. На мой (дилетантский, надо сказать) взгляд квантовая запутанность не передает вообще никакой информации. Ну да, вы можете случайным образом разделить два ботинка, положить в коробки, одну коробку дать Бобу, вторую Алисе. И когда Боб свою откроет, и увидит, что у него левый ботинок, Алиса быстрее скорости света может узнать, что у неё правый. С квантовой запутанностью ведь то же самое, разве я не прав?sotnikdv
19.08.2018 05:38Неа, неправы. Коробки с ботинками это именно то, что называли «теория скрытых параметров» и что было опровергнуто проверкой выполнения неравенства Белла.
Квантовая запутанность это именно «кошмарное дальнодействие», т.е. когда Боб откроет коробку, то праволевый ботинок внезапно станет правым и в коробке Алисы праволевый ботинок станет левым.
Проблема с передачей информации в том, что Боб никак не влияет на то, каким именно, левым или правым, станет праволевый ботинок в коробке, когда он откроет коробку.
Хотя были слухи про слабое квантовое измерение, которые кончились ничем.VuX
19.08.2018 11:52+1У меня есть один вопрос, каким образом Алиса узнает что Боб уже открыл коробку?
Angmarets
19.08.2018 12:08+4Никаким. В этом и проблема. Открыв коробку и получив результат Алиса понятия не имеет жив ли Боб, получил ли он уже свою коробку и открыл ли. Для этого все еще нужен классические канал связи.
lingvo
19.08.2018 13:04Алиса и Боб должны быть просто засинхронизированы во времени, чтобы они могли наблюдать один и тот же фотон.
dimonoid
19.08.2018 13:37Можно использовать несколько сотен метров оптоволокна в качестве задержки, вместо луны. Вначале отпрвляем второй фотон куда либо, в то время как "храним" первый в мотке после чего изменяем его, изменяя второй в полете ещё до его измерения. Имхо.
VuX
19.08.2018 14:20Так фишка в том что их нельзя наблюдать, иначе их квантовое состояние будет определено.
sotnikdv
19.08.2018 13:07+3А никак и это неважно. Просто ботинок в коробке Алисы из праволевого стал левым в момент, когда Боб открыл коробку и наблюдением превратил свой праволевый в правый.
Но магия там совсем в другом.
С учетом опровергнутой теории скрытых параметров возникает вопрос, а что будет, если Алиса и Боб откроют коробку одновременно? У двух спутанных частиц происходит коллапс волновой функции. При этом, еще раз, из неравенства Белла мы знаем, что они коллапсируют не в заранее предопределенные значения. Как это состояние двух спутанных частиц синхронизируется?
Поэтому может оказаться, что верна многомировая интерпретация или это вообще не физический процесс. Мы пока вообще не понимаем это физическое явление, вплоть до сомнений в нем, как в таковом.VuX
19.08.2018 14:25Ну как это неважно? Ведь на основании этого передается информация. Боб хочет передать, например закодированную единицу. Он последовательно открывает коробки, пока не найдет ноль, после этого в соответствующей коробке у Алисы будет 1. Но, во первых, Алиса не знает какую именно коробку нужно открыть, а во вторых не знает когда. Это если я правильно понял принцип передачи информации, ведь информация нужна Алисе, а не запутанному фотону.
sotnikdv
19.08.2018 14:33Ну, тогда Вам придется удовлетвориться первой частью ответа. Никак :)
Пока надежда на слабое измерение.SergeyMax
19.08.2018 15:18А мне интересно вот что: если одна из запутанных частиц с чем-то взаимодействует, то её волновая функция коллапсирует, после чего измерение например спина второй частицы даст предопределённый результат. Не означает ли это, что волновая функция второй запутанной частицы коллапсирует одновременно с первой? А если эти вторые частицы использовать в двухщелевом опыте, не пропадёт ли интерференционная картина?
yar3333
19.08.2018 15:29+1Мысль интересная, хотя и очевидно, что сказать, сколлапсировала ли интересующая нас волновая ф-ия, невозможно, ибо в противном случае передать информацию — проще пареной репы. Не думаю, что профи, которые этим занимаются, о таком не подумали.
DGN
20.08.2018 01:20Как я себе понимаю, задача состоит в том, чтобы научиться открывать коробки, желанным образом коллапсируя волновую функцию. Современная физика это вроде как не запрещает. Но коробки все равно придется передавать Алисе и Бобу со скоростью ниже световой.
mikeee1
20.08.2018 13:04Ну в соответсвии с принципом неопределенности Боб и Алиса смогут открыть с точностью до плансковского времени, так что сама же квантовая физика страхует от такого варианта
Nick_Shl
19.08.2018 19:50А если Боб и Алиса закроют коробки и откроют опять, может ли у Боба появится левый ботинок(если в первый раз был правый), а у Алисы, соответственно, правый(если в первый раз был левый)?
А если Алиса не открывала коробку в первый раз, а открыл только Боб, его результат не устроил, он закрывал и открывал так пока не получил желаемый результат, а только после этого Алиса открыла коробку — получил ли она тот результат которых ожидает Боб?DGN
20.08.2018 01:23Нельзя закрыть коробку и восстановить запутанность. Но ее можно потрясти (слабые измерения), и не открывая, сделать вывод о том, левый там ботинок или правый. Но чтобы узнать точно, нам потребуется вечность. А в разумное время — лишь некая вероятность.
CaptainFlint
20.08.2018 01:43Это не было бы проблемой, достаточно обеспечить вероятность более 1/2, а дальше помогут коды коррекции ошибок. Проблема тут в другом: насколько я слышал, для отката слабых измерений требуется воздействие на всю систему в целом, то есть на обе запутанных частицы. А если у нас прямой доступ к обеим, то теряется смысл использования их как средства передачи данных.
Nick_Shl
20.08.2018 02:38Тогда почему имеет место "кошмарное дальнодействие", если коробку можно открыть только один раз? В чем отличие от ситуации когда в закрытых коробках уже лежат ботинки?
DGN
20.08.2018 03:04А отличия может и нет. Но ряд экспериментов отвергает предположение о том, что ботинки уже лежат в коробках. Со слабыми измерениями пока то же не все понятно (и это очень мягко говоря).
Слишком много вылезает из этой запутанности прекрасных возможностей. Больше трех измерений, многомирье (мультиверс) и т.п.Nick_Shl
20.08.2018 03:19Каких экспериментов? Их тех условий что вы описали(возможность открыть коробку один раз) вытекает что абсолютно не важно заранее лежат ботинки или материализуются в момент открытия — результат для наблюдателя не меняется. Как в таком случае эксперимент может показать верность той или иной теории?
Dmitry88
20.08.2018 04:27С точки зрения обывателя пока не вижу магии. Получили две частицы с перпендикулярными спинами. Те же ботинки.
А вот вопрос — Можем ли мы повлиять на спин запутанной частицы, ничего не измеряя?Angmarets
20.08.2018 08:15Те же ботинки.
Нет не ботинки. К сожалению не могу пояснить неравенство Белла своими словами. Каждый раз когда я читаю подробные статьи, поясняющие суть неравенства, я вижу математическое доказательство, но объяснить это без математики на простых примерах не могу. И сколько раз пытался читать «безматематические» пояснения в научпопе — мозг клинит уже предложении на третьем.
Самое понятное пояснение с математикой видел здесь www.eslitak.com/index/neravenstva-bella/0-17
Букв много, но все объяснено и расписано.
Angmarets
19.08.2018 11:28+2Где-то на баше вроде видел такое объяснение — запутанные частицы это не ботинки, это носки.
Выы кладёте по одному носку из пары в коробку и отправляете одну Бобу, одну Алисе. Боб открывает коробку и СЛУЧАЙНЫМ образом надевает носок. В этот момент носок становится левым или правым. Алиса, открыв коробку и надевая свой носок, всегда, из-за магического дальнодействия выберет другую ногу. Вот это и есть кошмар дальнодействия. Оба никак не могу повлиять на свой выбор, но при этом всегда одеваю носки на противоположную ногу без всякой коммуникации. При этом ни Боб ни Алиса никаким образом не влияют на свой выбор ноги. Алиса без классического канала связи даже не знает получил ли Боб носок, надел ли Боб его и жив ли Боб вообще.sotnikdv
19.08.2018 13:08+1Мне кажется эта аналогия слишком далека от реальности, что бы что-то иллюстрировать. Аналогия обычно это модель события. А у вас она как-то совсем далека от описываемого явления.
ИМХОAngmarets
19.08.2018 19:59> Мне кажется эта аналогия слишком далека от реальности
Как и квантмех :)
Да, согласен, приходится натягиватьсову на глобусноски на квантмех. Но это наиболее известная приземленная сущность, которая приобретает характеристику, которая ей ранее не присуща, в результате действий человека. Есть еще неплохое объяснение с красно-синими колесами викторины, но мне уже было лень писать, да и объяснять дольше. Кому интересно — смотрите «Тайны мироздания / Beyond the Cosmos», серия 3.
sotnikdv
19.08.2018 05:49Господин автор, все это здорово и круто и 99% формул я, каюсь, читать не стал. Ибо ошибка в самой главной предпосылке
В отличие от классических линий связи, использование квантово запутанных частиц дает потенциальную возможность мгновенно передавать информацию на большие расстояния.
Трудность заключается в том, чтобы найти способы кодирования и декодирования передаваемой информации.
Простой вопрос.
Квантовая запутанность — " квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми (например, можно получить пару фотонов, находящихся в запутанном состоянии, и тогда если при измерении спина первой частицы спиральность оказывается положительной, то спиральность второй всегда оказывается отрицательной, и наоборот)."
Влиять на то, каким окажется квантовое состояние вы не можете. В момент измерения вы просто получаете случайное состояние на своей стороне и удаленные спутанные частицы тоже переходят в определенное состояние.
Каким образом вы можете передавать информацию через квантовую запутанность? Еще раз, установить частицу в определенное квантовое состояние вы не можете, вы можете только выполнить измерение.
Единственный путь — слабое измерение, но уже 10 лет как об этом потенциальном прорыве ни слуху, ни духу.bull1251 Автор
19.08.2018 10:11В процессе чтения, мы способны различать буквы и слова в тексте, сответственно мы получаем информацию. Но разве мы можем увидеть и определить букву с помощью одного фотона?
sotnikdv
19.08.2018 10:43Какое это имеет отношение к квантовой спутанности и сверхсветовой передаче информации?
bull1251 Автор
19.08.2018 10:58Передаваемую информацию можно будет определить наблюдая за динамикой изменения интенсивности света на выходе интерферометра.
sotnikdv
19.08.2018 13:10+6Вы не можете управлять спинами фотонов. Никак. Ergo, вы не можете передавать информацию через запутанные частицы. У вас ошибка в базовой предпосылке
bull1251 Автор
19.08.2018 13:25-1В статье я не рассматривается спин частицы.
sotnikdv
19.08.2018 13:35+2Возможно ли мгновенная передача информации? Эксперименты с квантово запутанными частицами
Мы продолжаем рассматривать возможности квантовой механики для передачи информации с использованием корреляции квантово-запутанных частиц. В отличие от классических способов связи, использование квантово запутанных частиц дает потенциальную возможность мгновенно передавать информацию на большие расстояния.
Не ваше?
Ну бога ради, возьмите не спин, но вы же вроде с фотонами «работаете».
Суть не изменится, вы не управляете квантовым состоянием частицы, вы не управляете конечным результатом коллапса. Попытка изменения состояния приведет к разрушению запутанности.bull1251 Автор
19.08.2018 14:28Рассмотрим обычный двухщелевой эксперимент (опыт Юнга). Наличие или отсутсвие наблюдателя влияет на конечный результат на экране: в одном случае мы наблюдаем два пика, в другом случае интерференцию. Наличие наблюдателя разрушает суперпозицию фотона. Эксперимент описанный в статье расскрывает именно эту особенность: при наличие линейного поляризатора возникает интерференция на выходе интерферометра, описываемый вектором состояния направленной вниз. Поэтому фотонов направленных вниз получится больше, чем фотонов направленных вверх. При отсутствии линейного поляризатора интерференция пропадает, соответственно на выходе интерферометра наблюдается одинаковое количество фотонов направленных вверх и вниз.
nicky7
19.08.2018 12:14+1Когда я на земле смотрю состояние своего запутанного фотона, то я автоматически знаю по какому из континентов нанесёт удар Звезда Смерти, которая выпустила свой луч с расстояния в 1 световой год, руководствуясь состоянием второго фотона (она так устроена — выбирает цель по состоянию фотона и стреляет туда).
Состояние своего фотона на Звезде Смерти узнали 6 месяцев назад, а я состояние своего узнал только что. Луч уже на пол пути к земле, и я точно знаю какого континента не станет (слава Богу континент не мой и эвакуироваться не нужно).
Если бы посмотрел на состояние своего фотона чуть раньше, скажем через секунду после того как посмотрели на Звезде Смерти, то я бы получил почти мгновенное знание о том какого континента не станет через год.
Знание о том какой континент будет уничтожен — это информация? Она получена быстрей скорости света?
Если это знание не является информацией, а является просто знанием, то можно ли тогда говорить о передаче знания быстрей скорости света? :)yar3333
19.08.2018 12:35+2Интересное рассуждение. Но мне кажется тут не хватает ещё мелочи: Звезда Смерти, возможно, уничтожена повстанцами и на самом деле, никакой континент уничтожен не будет. Так что знание о котором вы сказали — это не знание, а предположение. Вот если бы мы от Звезды Смерти получили сигнал (быстрее скорости света) «я выстрелила»…
А пока такого нет — то о чём вы сказали, это не передача информации быстрее скорости света, а лишь способность что-то прогнозировать с некоторой вероятностью (пусть и для событий, которые очень удалены от нас).nicky7
19.08.2018 14:07Так ведь у нас все знания такие, не безусловные :) Даже солне завтра взойдёт не со 100% вероятностью.
yar3333
19.08.2018 14:32Знания — они такие :) «Солнце взойдёт завтра» — не передача информации, а наши предположения. А вот если нам в руки попал факт «Менее чем через 8 минут мы увидим, что Солнце взорвалось» — это уже передача информации. Причём быстрее скорости света :) Также, имеется в виду, что мы не построили модель Солнца и вычислили, что оно взорвётся, а кто-то это видел, находясь поблизости, и нам это передал.
nicky7
19.08.2018 14:58>>А вот если нам в руки попал факт «Менее чем через 8 минут мы увидим, что Солнце взорвалось» — это уже передача информации.
Если рядом с солнцем висит Звезда Смерти, и на ней, прочитав запутанный фотон, решили стрельнуть по солнцу, то мы об этом узнаем быстро, прочитав свой фотон (лучше после того как прочитают на Звезде Смерти, чтобы к нам претензий не было :)).
И мы сможем смело утверждать, что «Менее чем через 8 минут мы увидим, что Солнце взорвалось».
Вы про такой факт говорите?yar3333
19.08.2018 15:12Нет, конечно. Ибо вы только что вернулись к своему начальному высказыванию. «Звезда Смерти должна выстрелить» — предположение. «Выстрелила» — факт (событие). Узнавание о событии, произошедшем где-то далеко — передача информации. Нет события — нет передачи информации.
nicky7
19.08.2018 16:18Знания о событии нет, но есть знание о том что если на Звезде Смерти прочитали фотон и действовали по плану, и всё прошло гладко, как и с предыдущими 100 звёздами, то через 8 минут станет очень ярко и очень жарко.
А если прочитанный фотон не предполагет уничтожение солнца, то можно ещё задержаться.
Человек действует из знания того что ожидается, и его действия инициируются с расстояния 8 световых минут. Пусть действие рандомно (стрелять или не стрелять по солнцу), но правильный способ действия человек на земле выбирает мгновенно (спасаться или расслабиться). Он получил оперативную информацию (состояние фотона на Звезде Смерти) и действует в соответствии с ней.
Так же мы можем переслать шифр для кодирования информации. Или рандомные координаты куда скинуть очередной груз (если нам не важно какие они, а важно лишь чтобы о них узнала и вторая сторона).
Т.е. то что мы можемпередаватьгенерировать рандомную согласованную информацию быстрей скорости света — это уже очень много.yar3333
19.08.2018 16:57Знание полезное, но ничем принципиально не отличающееся от любого другого. «Получил оперативную информацию» — это всё равно, как если бы заранее кинули монетку (стрелять/не стрелять), результаты запечатали в два письма, а потом одно письмо вскрыли на Звезде Смерти, а другое — на Земле. Была ли здесь передача информации быстрее скорости света? Мне видится, что с физической точки зрения — нет. С какой-то другой — да. Можно ли через простые письма передавать шифры — да. Быстрее скорости света — нет.
nicky7
19.08.2018 17:34+1С передачей письма — там заранее известная информация. А тут информация возникает в момент чтения одного из фотонов. И эта информация возникает в двух местах одновременно. Скорей всего можно добиться того чтобы эта информация возникала и для > 2 фотонов, что позволяет синхронизировать рандомные действия для нескольких точек пространства (несколько Звезд Смерти одновременно стреляют по одной и той же рандомной цели, несколько человек приходят на рандомную конспиративную квартиру (из 1000 доступных) и рандомно согласуют время встречи).
yar3333
19.08.2018 21:46В общем-то я и имел в виду, что в рассказанной вами схеме не видно особых практических плюшек. Т.е. через самые обыкновенные генераторы случайных чисел можно получить тоже самое. Вне зависимости от того, берутся числа заранее или готовятся «на ходу». Единственный плюс генератора на спутанных частицах — возможность прочитать данные только один раз. Он же и минус. :)
DGN
20.08.2018 01:59А послушать равноудаленный непериодический пульсар не прокатит?
я буду читать все комментарии перед написанием своего
profesor08
19.08.2018 14:36Оно 100% не взойдет, это мы вокруг оси крутимся, а не оно вокруг нас. А то, что земля делает не 100% оборот за 24 часа, это известный факт, оттого и ввели высокосный год. А если его отбросить, то точно можно посчитать, когда утром земля не будет повернута нужно стороной.
sotnikdv
19.08.2018 13:15+3Между Вами и Звездой Смерти находится радиопульсар. Вы оба за ним наблюдаете. Вы знаете, что если радиопульсар три раза подряд даст один сигнал, будет уничтожен один континент. Если три раза подряд другой сигнал, будет уничтожен другой континент.
Есть ли здесь что либо сверхсветовое? ;)
gdsmiler
19.08.2018 13:37До этого вы должны узнать закономерность, как от состояния фотона зависит куда будет стрелять звезда смерти. А это вы можете сделать только по досветовом канале связи
nicky7
19.08.2018 14:36+1Мы связанный фотон пошлём на Звезду Смерти своим ходом :)
Звезда Смерти запрограммирована в нужное время прочитать состояние фотона, прицелиться в одну из двух целей и выстрелить.
Если бы фотонов было 8, то можно было бы кодировать одну из 256 целей (или например 8 из 16)
С земли узнать конкретную цель мы могли бы как до выстрела, так и после.
Между событием отправки фотонов на Звезду Смерти и приходом от неё луча у нас есть 2 года.
Очень интересно было бы понять, влияет ли как-то выбор времени смотрения состояния фотонов на земле на то какая часть планеты будет уничтожена, например:
— посмотрели через минуту, получилась аляска
— посмотрели через 10 минут, получилась европа
Или там в любое время будет один и тот же вариант?
После того как на Звезде Смерти прочитают, уже будет не важно когда смотреть, т.к. на результат не влияет (что логично, ведь уже выстрелили по конкретной цели).gdsmiler
19.08.2018 19:38Тут ошибка в том у вас уже есть информация про то куда будет стрелять звезда, ее нужно только расшифровать, что, собственно и делается возможным при чтении данных с фотонов.
DGN
20.08.2018 01:54Эээ… Алиса отправила Бобу радиограммой приказ — ударить по континенту А. Какой континент А, а какой Б знает только Алиса и Боб (они договорились). Алиса уже знает какой континент будет уничтожен, Боб узнает это только через год, а сам континент будет уничтожен через 2 года.
В чем отличие от вашего примера?
Welran
20.08.2018 08:52Вообще то информация тут это «при определенном измерении запутанного фотона Звезда Смерти нанесет удар по определенному континенту». Она уже у вас и не передается со сверхсветовой скоростью. Синхронизируется тоже не со сверхсветовой скоростью пока запутанная пара не доберется до вас и Звезды Смерти. Да на Звезде Смерти еще не решили по какому континенту ударить, но зато уже решили как его выбрать и об этом вы узнали на досветовой скорости.
kauri_39
19.08.2018 07:36Присоединяюсь к сомневающимся в возможности использовать квантовую запутанность для мгновенной передачи информации. Однако понимаю суперпозицию спинов запутанных фотонов как синхронную перемену их определённых значений, для чего самим фотонам требуется мгновенно обмениваться информацией. Если и мы хотим овладеть мгновенным обменом информацией, то нужно выяснять, каким образом это делают фотоны и другие частицы, когда демонстрируют нам свою связь в запутанном состоянии.
sotnikdv
19.08.2018 10:51Понимаете какая штука, сначала нужно убедиться, что происходит именно передача информации. А мы пока вообще плохо понимаем, что такое квантовая запутанность. Например может быть верна транзакционная интерпретация и я не очень понимаю, как вы это будете использовать. А может оказаться верной многомировая и тогда вообще нет никакой передачи информации.
kauri_39
19.08.2018 16:37-1Давайте рассуждать последовательно. Есть мгновенная корреляция спинов фотонов, пребывающих в запутанном состоянии. То есть измерение спина первого фотона в любой момент времени даёт нам любое значение его спина. При этом значение спина второго фотона всегда строго противоположное. Какой из этого вывод? А такой — спины обоих фотонов постоянно меняются, но — синхронно друг с другом, в «противофазе».
Вы же сами выше сказали: «Квантовая запутанность это именно «кошмарное дальнодействие», т.е. когда Боб откроет коробку, то праволевый ботинок внезапно станет правым и в коробке Алисы праволевый ботинок станет левым.» Только с поправкой: при открывании следующих коробок «праволевый ботинок» может оказаться каким угодно — или правым или левым, но ботинок у Алисы при выходе в этот момент из суперпозиции (остановке синхронных превращений) всегда окажется в противоположном значении — соответственно или левым или правым.
Что же может обеспечить такую синхронность и её наблюдаемые следствия? Только мгновенный обмен информацией между запутанными фотонами. Только он может обеспечить соблюдение фотонами физического закона — сохранение нулевого спина их общей квантовой системы. Как может проходить такой обмен, не противоречит ли он СТО и ОТО — это дело третье и даже десятое. Громоздить параллельные вселенные по этому поводу точно нет нужды. Проще признать, что фотоны способны мгновенно обмениваться информацией, а нам на это пока ума не хватает.bull1251 Автор
19.08.2018 17:41+1Какой из этого вывод? А такой — спины обоих фотонов постоянно меняются, но — синхронно друг с другом, в «противофазе».
Я бы не был так уверен в этом. Измерение спина (или поляризации фотона) производится относительно его направленности в пространстве. Когда мы говорим спин «вверх» или спин «вниз», то подразумеваем направление спина относительно выбранной координаты в пространстве.
Согласно формуле релятивистского сокращения длины
на скорости света любая длина в пространстве будет сжато до нулевого размера. Значит, в инерциальной точке отсчета фотона (ссори что так выражаюсь) пространство сжимается в маленькую точку планковских размеров, при котором исчезает само понятие о пространстве-времени. Можно ли говорит о каком то направлении спина в отсутствии самого пространства? Правильнее будет сказать, что до момента измерения, направление спина (или направление его поляризации) не существует, оно возникает только в момент измерения. С этой точки зрение «кошмарное дальнодействие» не противоречит теории относительности Эйнштейна, поскольку оба запутанных фотона всегда будут находится в одной точке, ибо фотон также не воспринимает течение времени (чем быстрее передвигается объект в пространстве, тем медленнее для него идет время относительно наблюдателя. Для фотона, летящего со скоростью света время вовсе останавливается). По сути фотон никуда не движется, это мы движемся во времени, пересекая световой конус в четырехмерном пространстве Миньковского.kauri_39
19.08.2018 18:50-2Я вообще не уверен в правомочности применения ОТО к оценке квантовых событий. Для ОТО пространство-время гладкое, оно почти пустота (Лямбда близка к нулю), в нём летают твёрдые на ощупь тела, а фотоны воспринимаются как энергия, пересчитываемая в массу. Если она ведёт прошлое Вселенной к сингулярности и устраняется от описания такого сжатого пространства, то и на «сжатие» ею пространства-времени вокруг фотона (или для фотона) тоже можно не обращать внимания. Это расширение абстракции за пределы реальности.
Насколько я помню, используемое в квантмехе понятие суперпозиции состояний означает не отсутствие взаимно противоположных состояний у запутанных частиц, а одновременное наличие у них этих состояний до момента измерения одной из частиц. Что логичнее интерпретировать как спонтанные синхронные превращения определённых противоположных состояний у каждой из запутанных частиц (как синхронную осцилляцию их спинов).
yar3333
19.08.2018 21:41Как бы сокращения длин происходят в направлении полёта, а поляризация — она в плоскости, перпендикулярной вектору скорости. Поэтому, кажется мне, сокращения длин никак не влияют на поляризацию.
Что касается высказывания предыдущего оратора о том, что поляризации синхронно меняются — что это, если не скрытые параметры, про которые доказано их отсутствие?bull1251 Автор
19.08.2018 22:40А мы можем знать в каком направлении полетит фотон? Мы даже не знаем откуда он прилетел, поэтому рассматриваем как суперпозицию всех возможных вариантов. Фотоны не имеют траектории, они имеют лишь вероятность быть обнаруженным в том или ином месте. Они могут петлять, кружить и описывать зигзаги, хотя вероятность обнаружения таких фотонов очень мала. Вы можете найти и прочитать описание эксперимента на трех щелях, в котором обнаруживаются зигзагообразные траектории фотонов. Где то на хабре был такой пост.
yar3333
19.08.2018 23:05Нам ничто не запрещает родить фотон в фокусе, например, параболического зеркала — можно будет достаточно точно сказать, куда он полетит в конечном итоге. По крайней мере, в смысле направления. Но это как вариант — как действуют на практике — не знаю. То, что фотоны не имеют траектории — вопрос скользкий, я бы так однозначно не говорил. А то придётся отменить школьную оптику :) То, что траектории могут быть странными при прохождении через щели — это само собой, тут и одной-то щели достаточно, после которой виден конус света, даже если фотоны (т.е. луч света), казалось бы, летели к экрану строго перпендикулярно. Три щели для меня — это слишком. Я с трудом укладываю в голове то, что происходит на одной-двух :)
bull1251 Автор
19.08.2018 22:49Высказывание о синхронно меняющийся поляризации это скрытый параметр. Такое предположение кажется логичным, пока дело не касается реальных экспериментов. В полевых условиях классические расчеты оказываются неверны и противоречат полученным экспериментальным данным.
DGN
20.08.2018 02:07Пусть у нас есть волчок, у него одна половина белая, другая черная. Пока он вращается между Алисой и Бобом, они не могут определить его цвет. Стоит кому то из них остановить волчок, он получает информацию, а его оппонент — противоположную.
kauri_39
20.08.2018 18:32-1Это ошибочная аналогия, ведь Алиса и Боб не сидят рядом вокруг этого волчка, между ними километры расстояния. Это физически отдельные люди и фотоны, только у людей световая скорость связи, а у фотонов сверхсветовая. В квантмехе связь запутанных фотонов дипломатично называют «нелокальной корреляцией».
Верная аналогия здесь: habr.com/post/419085/#comment_18993641DGN
20.08.2018 19:18Да, по ссылке куда более понятная аналогия. Эксперименты нам говорят что дальнодействие как будто бы есть. Механизм его нам неизвестен, нет даже теории. Гипотезы мультиверса и четвертого измерения пока лишь домыслы, не имеющие предсказательной силы. Условно говоря, в канве современной физики, может идти речь о неком «темном воздействии» на фотон. Кстати говоря, а был ли эксперимент доказывающий именно сверхсветовую (мгновенную?) скорость потери запутанности для второго фотона?
kauri_39
20.08.2018 20:34-1Такой эксперимент был 10 лет назад, в нём установлен нижний предел скорости взаимодействия запутанных фотонов. Она как минимум в 100 000 раз выше скорости света: elementy.ru/novosti_nauki/430800
Статья написана Игорем Ивановым в духе «а ничего и не случилось». Он утверждает, что эксперимент доказал отсутствие среды, переносящей мгновенное взаимодействие фотонов. Вот его рассуждение:
«Если гипотетическое взаимодействие переносится некоторой средой, то у этой среды будет выделенная система отсчета. Из-за вращения Земли лабораторная система отсчета движется относительно этой системы отсчета с разной скоростью. Это значит, что промежуток времени между двумя событиями детектирования двух фотонов будет для этой среды всё время разным, в зависимости от времени суток.»
Ничего не напоминает? Именно такой средой полагал эфир Майкельсон, когда искал его влияние на скорость света в своём интерферометре. Только установку с запутанными фотонами вращала относительно неподвижной среды/эфира сама Земля, а интерферометр с лучами света вращал Майкельсон.
Понятное дело, если тогда не нашли эфирного ветра, то его и век спустя не найдут. Потому что среда — энергетически плотный физический вакуум (или эфир, название роли не играет) — вертикально втекает в Землю и поглощается её материей. Такова природа гравитации, на что указали гравитационные волны. А гравитация, ускорение свободного падения, не зависит от времени суток или ориентации по странам света.
Почему Иванов для доказательства отсутствия среды встал на заведомо ошибочную позицию Майкельсона — не понятно. Наверное, по идеологическим соображениям. Ему ли, специалисту по физике микромира, не знать, что пустоты не существует. Что вакуум — плотная среда, которая вызывает Лэмбовский сдвиг частиц. А её расширение в космосе с ускорением раздвигает скопления галактик. Бог ему судья.
DrZlodberg
19.08.2018 11:43+1Тогда один фотон пройдет через интерферометр и попадет на детектор, а второй фотон, например, отправится на Луну, где отразится от зеркала и вернется обратно к нам.
Не очень разбираюсь в теме, однако сразу возникает вопрос. Если мы сначала измеряем, а потом второй фотон прилетает к «отправителю», то не прилетит ли ему УЖЕ обычный фотон. Т.е. передавать информацию такой схемой мы можем лишь в будущее, для чего, собственно, достаточно и просто одного отраженного где-то далеко фотона. Это уже не говоря о возможности эту информацию просто записать где-нибудь.bull1251 Автор
19.08.2018 12:07+1Корреляция запутанных частиц сохраняется, даже если измерили одну из них. Приведу цитату из википедии:
Один из вариантов этого эксперимента, квантовый ластик с отложенным выбором, позволяет принять решение сохранить или уничтожить информацию о выбранном пути уже после того как одна из запутанных частиц (та, которая проходит сквозь щели) проинтерферирует (или не проинтерферирует) с самой собой. В таком эксперименте квантовые эффекты могут имитировать влияние будущих действий на события в прошлом. Однако, временной порядок измерений в данном случае не имеет значения.
Вот ссылка на описание самого эксперимента en.wikipedia.org/wiki/Delayed_choice_quantum_eraser
REPISOT
19.08.2018 12:05+1По-моему, Алиса и Боб тут совершенно лишние. «Первый» и «второй» фотон достаточно. Все время хочется загуглить что такое «фотон Боба»
NeoCode
19.08.2018 12:17+1Мгновенная передача информации это конечно круто и полезно, если возможно:)
Но меня интересует еще один вопрос.
Под мгновенной передачей обычно понимают некое «дальнодействие». А возможна ли немгновенная (со скоростью света или даже меньше) передача информации без канала передачи? То есть две коробочки-модема в разных частях земного шара; они связаны друг с другом с помощью какой-то хитрой запутанности, так что можно подавать в одну коробочку информацию и получать ее из другой, при этом никакого явного канала связи нет, и перехватить информацию между ними невозможно. И пусть это будет немгновенно.yar3333
19.08.2018 12:41+2Думаю, для автора статьи эта задача видится слишком уж простой :)) Это я сужу по нагромождению зеркал и лазеров вместо того, чтобы продумать как вообще возможно что-то передать, если изначально у нас лишь генератор случайных чисел в одном месте и генератор в другом, пусть даже они выдают одинаковые последовательности (в смысле того, что второй выдаёт в точности тоже, что и первый).
bull1251 Автор
19.08.2018 13:14Вы описываете теорию о скрытых параметрах, которое было опровергнуто в экспериментах неравенства Белла (с двумя запутанными частицами) и GHZ эксперименте (с тремя запутанными частицами).
Советую посмотреть данное видео где описывается несовместимость GHZ экспериментов с классическими расчетами (если рассматривать запутанные частицы как генератора случайных чисел с одинаковой последовательностью).yar3333
19.08.2018 13:34Когда я говорю о «генераторах» я не имею в виду классические генераторы случайных чисел и вообще не про реализацию в «железе» (если вам так проще — считайте, что в генераторах сидит последовательность запутанных частиц). Я про логическую модель передачи информации, которая, как мне кажется, сводится к этой аналогии. Про опыты Белла читал ещё несколько лет назад. Про GHZ посмотрю, спасибо!
michael_vostrikov
19.08.2018 21:39Кстати, кто нибудь знает где можно найти конкретное описание проверки теоремы Белла? Не объяснение с дверями и лампочками, а эксперимент с описанием установки и конкретными числами — мерили то-то, получилось столько-то, по теории должно быть столько или столько.
Angmarets
20.08.2018 12:16www.eslitak.com/index/neravenstva-bella/0-17 — не совсем то, но без дверей и прочих метафор, конкретое пояснение на спинах электронов с илюстрациями схемы эксперементальной установки.
CaptainFlint
19.08.2018 16:25+1Выше давали ссылку на No-communication theorem, в ней доказывается, что передача классической информации при помощи запутанных состояний невозможна в принципе, хоть быстрее света, хоть медленнее.
bull1251 Автор
19.08.2018 16:45Нельзя сказать, что данная теорема является истиной последней инстанции. Как я уже писал, критерием истины всегда является практический эксперимент.
CaptainFlint
19.08.2018 17:03Насколько я понял, NeoCode подразумевал ситуацию, что если в статье всё-таки где-то ошибка, и что сверхсветовые коммуникации невозможны, есть ли способ хотя бы досветовых коммуникаций через запутанность в рамках текущих научных представлений.
Что касается экспериментальной проверки, я полностью согласен, что именно она является мерилом истины. Проблема в том, что теорема сформулирована в весьма широких пределах, её некорректность означала бы либо серьёзную ошибку в доказательстве (во что не очень верится), либо революцию всей квантовой физики (во что верится ещё меньше). Так что прошу простить, но лично мне гораздо более вероятной кажется ситуация с ошибкой где-то в Ваших рассуждениях (как в том же комментарии выше было отмечено, очень похоже на вечные двигатели: даже зная, что они невозможны, бывает очень сложно обнаружить ошибку в каком-то конкретном дизайне). К сожалению, сам не обладаю ни временем, ни опытом, чтобы тщательно перепроверить расчёты из статьи.
CaptainFlint
19.08.2018 18:24+1Я почитал статью про эксперимент квантового ластика, на котором основана статья, и в английской версии обнаружил дополнительный абзац, отсутствующий в русской, рассказывающий про ошибку трактовки эксперимента как возможности нелокальной связи. Досконально пока не разобрался, но из того, что понял: ключевым элементом схемы является наличие детектора совпадений, который сравнивает результаты измерений от двух детекторов по классическому каналу. Без него схема не работает.
bull1251 Автор
19.08.2018 19:18Детектор совпадений нужен для того, чтобы учитывать результаты только запутанных частиц. Ведь на выходе кристалл BBO не все фотоны получаться запутанными. Детектор совпадений может определить состояние запутанности только если выпускать фотоны по одному с определенным интервалом. Поэтому используется однофотонный лазер. Кроме этого существует разность фаз между горизонтально и вертикально поляризованными фотонами. Только если учесть все эти нюансы можно посчитать положение каждого фотона на экране и увидеть интерференционные полосы. Но нам ведь не нужно видеть интерференционные полосы на экране, нам достаточно знать наличие интерференция. Так как все фотоны, которые интерферируют на выходе прибора будут направлены вниз, то мы получим больше фотонов направленных вниз, чем фотонов направленных вверх. Соответственно, для этого не требуется схема совпадения и однофотонный лазер.
CaptainFlint
20.08.2018 01:38В том же абзаце объясняется, что детектор является критически важной частью.
Если фотон в первом канале не прошёл поляризатор (то есть, получил перпендикулярное состояние в базисе поляризатора POL1), то парный ему фотон на детекторе 2 по-прежнему зафиксируется. Единственная причина, по которой этот фотон не будет учтён в итоговой картинке, — это его отбрасывание детектором совпадений. Если Вы откажетесь от детектора совпадений, вы принципиально поломаете всю картину. Там не будет «чуть-чуть» интерференции, она вся обеспечивается исключительно им.bull1251 Автор
20.08.2018 09:48Вы хотите сказать, что наличие схемы совпадений позволяет интерферировать фотонам? Но почему же мы видем интерференцию в опыте Юнга, там же нет схемы совпадений?
CaptainFlint
20.08.2018 11:20Потому что в опыте Юнга не требуется учитывать только некоторые фотоны. Каждый из фотонов проходит через две щели, каждый интерферирует с собой, и каждый вносит вклад в интерфернционную картину. В опыте с квантовым ластиком не так, картину дают не все фотоны, а только удовлетворяющие определённым условиям.
bull1251 Автор
20.08.2018 10:18Допустим мы имеем 40% запутанных фотонов из общего числа, именно эти 40% будут зафиксированы схемой совпадения, и на выходе интерферометра будут направлены вниз. Остальные 60% в равных количествах разделятся между верхним и нижним детектором. Т.е. на верхний детектор попадет 30% фотонов, а в нижний 30%+40% фотонов. Вы можете возразить, что линейный поляризатор пропускает не все фотоны, а примерно половину из них. Тогда расчет будет следующим: из 40% запутанных фотонов примерно половина будет направлен вниз на выходе интерферометра. Тогда расчет будет следующим: 20% фотонов на выходе будут направлены вниз а 80% в равных количествах разделятся между верхним и нижним детектором. Т.е. на верхний детектор попадет 40%, на нижний детектор попадет 20%+40% фотонов. Как мы видим, схема срвпадения не требуется чтобы определить наличие интерференции.
CaptainFlint
20.08.2018 11:27Мы не можем направить нужные нам фотоны куда-то. Схема совпадения ставится не перед детекторами, а после. Нельзя просто так взять © и определить параметры фотона, чтобы решить, допускать его до детекторов или нет, само это определение будет измерением и разрушением запутанности. Схема совпадений анализирует события пост-фактум и фильтрует, какие из них были валидны, какие нет. Детектор-то в любом случае получает пятно. Лишь после исключения «лишних» фотонов и перерасчёта событий мы получим интерференционную картинку. Не на экране детектора, а на экране компьютера, управляющего схемой совпадений.
bull1251 Автор
20.08.2018 12:51"Мы не можем направить нужные нам фотоны куда-то" — вы не вполне понимаете принцип функционирования интерферометра Маха Цендера.
"Детектор-то в любом случае получает пятно. Лишь после исключения «лишних» фотонов и перерасчёта событий мы получим интерференционную картинку" — нам не нужно видеть интерференционную картину. На достаточно знать, что она есть.
CaptainFlint
20.08.2018 16:24вы не вполне понимаете принцип функционирования интерферометра Маха Цендера
Принцип интерферометра я понимаю вполне. Что я не вполне понимаю, это как вы собираетесь обеспечить попадание в него исключительно тех фотонов, которые вам подходят.
Когда перед первым детектором у нас стоит линейный поляризатор, оба фотона получают линейную поляризацию. Тогда на круговых поляризаторах второй фотон получит случайным образом одну из круговых поляризаций (назовём их C1 и C2), и к финальному полупрозрачному зеркалу эти два состояния приходит с разными фазами (поскольку шли разными путями). И если в обычном эксперименте с интерферометром на детекторе 2 эти состояния компенсируют друг друга, а на детекторе 3 усиливают, то в нашем случае эти два состояния различаются ещё и поляризациями. Условно говоря, вместо i — i = 0 получается i * |C1> — i * |C2>. В итоге детекторы 2 и 3 будут получать 50%/50%, как и в случае предустановленной круговой поляризации. Амплитуды будут разными, разумеется, но результаты измерений окажутся одинаковыми.bull1251 Автор
20.08.2018 18:09"Когда перед первым детектором у нас стоит линейный поляризатор, оба фотона получают линейную поляризацию. Тогда на круговых поляризаторах второй фотон получит случайным образом одну из круговых поляризаций" — вы не правы. Вот ссылка на оригинальный эксперимент, в котором также используются линейные и круговые поляризаторы https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_eraser_experiment
Отличие только в том, что в оригинальном эксперименте использовали две щели, в нашем случае два плеча интерферометра. Интерференция восстанавливается и в том и в другом случае.CaptainFlint
20.08.2018 19:02Я же вам именно на эту статью и давал ссылку выше. Прочтите там подраздел Non-locality, хотя бы ту часть, что без формул. Там прямым текстом разъясняется, почему передача данных не работает. Замена детектора на интерферометр меняет схему вычислений получающейся картинки, но не меняет итогового результата.
bull1251 Автор
20.08.2018 21:37Ваши доводы о поляризаторах противоречат полученным экспериментальным данным. Могу подкинуть вам еще ссылку на видео, где воспроизодится эксперимент квантовый ластик с поляризаторами — youtu.be/R-6St1rDbzo?list=PLYgha4pJPuN1aEGx56WNRpDP0tYugEMvr. Надеюсь вы сможете убедиться, что один фотон способен пройти через оба поляризатора направленных в разные стороны. Интерферометр Маха Цендера был придуман именно для того, чтобы изучать свойства газов анализируя полученную картину из за разность фаз на обоих плечах. Советую Вам более детально разобраться в обсуждаемой теме друг мой. По поводу Non-locality могу сказать следующее — слепая вера погубила даже самого Эйнштейна.
CaptainFlint
20.08.2018 22:27Надеюсь вы сможете убедиться, что один фотон способен пройти через оба поляризатора направленных в разные стороны.
Я нигде и не утверждал обратного. Но состояние, соответствующее такому двойному проходу, будет включать в себя не только фазу, но и поляризацию, размерность пространства состояний выросла, и то, что раньше взаимно вычиталось, теперь разведено по разным базисным векторам. Если два состояния одинаковой поляризации в противофазе гасят друг друга, то два состояния разной поляризации создают суперпозицию, даже если они остались в такой же противофазе.
Вы выбрасываете то одну часть экспериментальной установки (детектор совпадений), то другую (регистрацию состояния поляризации), забывая при этом, что все расчёты становятся невалидными, их надо проделывать заново. (Впрочем, не исключаю, что вы их проделали, просто не сочли нужным разместить в статье. Пока что я лично вижу лишь результаты, не согласующиеся с общепринятыми выводами.)
По поводу Non-locality могу сказать следующее — слепая вера погубила даже самого Эйнштейна.
Ох… Хорошо, ваша взяла, вы меня убедили. Делайте установку, публикуйте результаты, получайте заслуженную Нобелевку.
lonelymyp
19.08.2018 13:16Осталось прикрутить биржевого робота, чтобы он делал ставки с опережением на 2.5 секунды =)
Shkaff
19.08.2018 13:37+2А как передача-то осуществляется? Вот Алиса хочет передать сообщение, что она делает, по шагам?
У нас в лабе как раз стоит источник запутанных фотонов, я завтра схожу и проверю, как оно работает.bull1251 Автор
19.08.2018 14:03Устанавливая или убирая линейный поляризатор на пути запутанных частиц можно влиять на распределение их партнеров между детекторами 2 и 3 на выходе интерферометра с круговыми поляризаторами. Достаточно сравнить интенсивность светового потока в детекторах 2 и 3, чтобы определить наличие или отсутствие интерференции. При наличие линейного поляризатора количество фотонов направленных вниз будет больше количества фотонов направленных вверх.
r00tGER
19.08.2018 18:12Проход через поляризатор — это и есть взаимодействие (тот самый магический наблюдатель), которое разрушает запутанность.
bull1251 Автор
19.08.2018 18:34Но измерение (магическое наблюдение) происходит в другой плоскости, в процессе которого происходит корреляция запутанной пары со своим партнерем, восстанавливая состоянии суперпозиции на плечах интерферометра. Для примера можете посмотреть данное видео, где воспроизводится эксперимент квантовый ластик с линейными поляризаторами.
bull1251 Автор
19.08.2018 18:55Для примера можете посмотреть данное видео, где воспроизводится эксперимент квантовый ластик с линейными поляризаторами.
Не ту ссылку скопировал, извините. Вот правильная ссылка youtu.be/R-6St1rDbzo?list=PLYgha4pJPuN1aEGx56WNRpDP0tYugEMvr
Shkaff
19.08.2018 20:12+1В принципе это зависит от поляризатора. Если это полуволновая пластинка, например, то такое преобразование унитарно, т.е. сохраняет запутанность. Если это поляризатор типа куба, который пропускает одну поляризацию и отражает другу — тогда это проекционное измерение, и оно разрушает запутанность.
Shkaff
19.08.2018 20:07+2Мне удивительно, что вы так хорошо расписали первый пример математически, и ничего не написали во втором. У меня сейчас времени нет, увы, но завтра-послезавтра постараюсь написать подробнее расчет. Впрочем, вы и сами можете.
Работать это все, конечно, не будет.
vassabi
19.08.2018 16:37+1У нас в лабе как раз стоит источник запутанных фотонов
эхх, завидую.
подписался на комметарии в ожидании ответа «с полей»plus79501445397
19.08.2018 17:57эхх, завидую
Реальный источник запутанных фотонов это конечно круто, однако для практической проверки многих идей, подобных высказанноых в этой публикации, для начала может сгодиться например IBM Quantum Experience, имхо.
Shkaff
19.08.2018 20:16+2Я должен извиниться, так как хоть источник и под рукой, но мой коммент был скорее сарказмом, потому что работать это дело, конечно, не может. Передать информацию быстрее света нельзя никак, увы…
Так что вести с полей будут в лучше случае расчетом, но не экспериментом:(
Nad73
19.08.2018 17:47Где достать кристалл бета-бората бария, до того как он появился, все было очевидным и логичным
stanislavskijvlad
20.08.2018 00:49Скажите мне, какое утверждение верно:
Для фотона всё есть мгновение. Вот я был на поверхности Солнца, и вот я на Земле
ИЛИ
Расстояния для фотона стремятся к нулю.
Я увидел в комментариях формулу сокращения при околосветовых скоростях и задумался.bull1251 Автор
20.08.2018 10:41Если рассматривать с ИСО фотона, то оба утверждения верны. Но рассматривать систему отчета фотона и строить на этом свои выводы совершенно не правильно.
Frankenstine
20.08.2018 22:31Расстояния для фотона стремятся к нулю.
Корректнее говорить, что Вселенная с точки зрения фотона имеет точечный размер (как минимум в направлении его распространения). Ну а время, соответственно, не «идёт», то есть фотон существует в фиксированный момент времени (локального времени фотона).
Frankenstine
20.08.2018 22:28В отличие от классических способов связи, использование квантово запутанных частиц дает потенциальную возможность мгновенно передавать информацию на большие расстояния.
Слишком сильное, необоснованное утверждение. Как раз наоборот, пока физики сходятся в том, что квантовая запутанность не позволяет мгновенной передачи информации (в том числе из-за проблемы спонтанной декогеренции), а только позволяет обнаруживать факт перехвата передачи, но это не точно.
Shkaff
21.08.2018 09:29+1Ну вот на коленке проверил, ничего этакого не получается. Когда Алиса измерила фотон, парный был спроецирован в состояние с линейной поляризацией. Дальше делайте с ним что хотите, ничего интересного не получится, как и следовало ожидать. Мог, конечно, налажать где-то с математикой, листочка бумаги нет под рукой проверить.
Расчет
bull1251 Автор
21.08.2018 11:13Жаль вас расстраивать, но ваши расчеты не верны. Одинаковое направление круговой поляризации на выходе возможно только на детекторе 2. Но в этом случае интерференции быть не может, так как на одном плече фотон отразится два раза, на другом плече только один раз (что нарушает условие суперпозиции). Интерференция возникает только на детекторе 3, когда фотон на обоих плечах может отразится два раза (фотоны, которые не отразились на первом полупрозрачном зеркале, отразятся на втором полупрозрачном зеркале). Поэтому, при наличии интерференции фотоны всегда будут направлены на детектор 3 и мы имеем противоположное направление круговой поляризации на выходе. Данное явление неоднократно подтверждено на практике — в экспериментах с интерферометром Маха Цендера все фотоны на выходе 100% вероятностью направлены вниз.
Допустим мы имеем 40% запутанных фотонов из общего числа, именно эти 40% на выходе интерферометра будут направлены вниз. Остальные 60% в равных количествах разделятся между верхним и нижним детектором. Т.е. на детектор 2 попадет 30% фотонов, а в детектор 3 попадет 30%+40%=70% фотонов.
Shkaff
21.08.2018 11:17Ну так приведите свои расчеты или укажите, где именно я ошибся.
bull1251 Автор
21.08.2018 11:37-1Где именно вы ошиблись я уже указал. Думаю вы сами сможете найти и исправить ошибки в расчетах. Поэтому не хочу вас лишать такой возможности.
Shkaff
21.08.2018 11:44+1Поэтому не хочу вас лишать такой возможности.
Нет уж, я настаиваю. Произведите верный расчет тогда. Математику в студию, сударь!
Я не понял ничего из того, что вы написали в предыдущем комменте.
По пунктамОдинаковое направление круговой поляризации на выходе возможно только на детекторе 2.
Одинаковое с кем?
Но в этом случае интерференции быть не может, так как на одном плече фотон отразится два раза, на другом плече только один раз (что нарушает условие суперпозиции).
Что такое «условие суперпозиции»? Вы можете выбирать направления поляризаторов в плечах так, чтобы «интерференции не было». Если по прибытию на делитель луча две поляризации имеют одинаковую ориентацию, они не будут интерферировать.
Интерференция возникает только на детекторе 3, когда фотон на обоих плечах может отразится два раза (фотоны, которые не отразились на первом полупрозрачном зеркале, отразятся на втором полупрозрачном зеркале).
Интерференция либо возникает на делителе луча (и тогда на обоих детекторах 2 и 3), либо нет.
Данное явление неоднократно подтверждено на практике — в экспериментах с интерферометром Маха Цендера все фотоны на выходе 100% вероятностью направлены вниз.
Да, но не в вашей конфигурации. Поляризаторы производят проективные измерения и отбрасывают часть фотонов.bull1251 Автор
21.08.2018 12:24Прошу простить, но свои расчеты я намерен опубликовать в научных изданиях ВАК после тщательной перепроверки. Статья на хабре — это способ всестороннего коллективного анализа и проверки на валидность самой идеи.
Taus
Вы утверждаете, что
Я не нашёл определения «скорости передачи информации» в вашей статье. Каким образом вы её определяете?