Создав два запутанных фотона в существующей системе, а затем разделив их на большое расстояние, мы сможем получить информацию о состоянии одного из них, измерив состояние другого
Квантовая физика полна загадок, печально известных тем, что они противоречат нашей интуиции. Частицы, кажется, знают, смотрите ли вы на них, или нет, и демонстрируют различное поведение, в зависимости от того, наблюдаете вы за ними, или нет, проходя через двойную щель. Измерение одной величины, допустим, положения частицы, создаёт присущую ей неопределённость в дополняющей величине, к примеру, импульсе. А если вы измерите её спин в вертикальном направлении, то уничтожите информацию о спине в горизонтальном направлении. Но самым «пугающим» из всех квантовых явлений будет квантовая запутанность, когда одна частица, кажется, мгновенно «узнаёт», измерили ли спутанного с ней партнёра, даже если это проделают на другом конце Вселенной. На этой неделе мы рассмотрим вопрос читателя, заинтригованного тем, почему это вообще считается загадкой.
С точки зрения фотонов они прошли нулевое расстояние за нулевое время. Так что в этом пугающего? Пока один из них не измерят, они находятся в одном и том же месте и в одно и то же время (если верить им), так что нельзя назвать загадкой то, что они координируют свои состояния.
Разумные рассуждения: замедление времени для быстро двигающихся частиц означает, что они могут координировать свои состояния с любой скоростью. Но эту загадку не так просто решить.
Схема третьего эксперимента Аспе по проверке квантовой нелокальности. Запутанные фотоны из источника отправляются к двум переключателям, направляющим их к поляризующим датчикам. Переключатели очень быстро переключают свои состояния, меняя настройки детектора во время полёта фотонов.
Для начала пройдёмся по вопросу запутанности. Эксперимент обычно проводят с фотонами: вы передаёте один квант света через специальный материал (рассеивающий кристалл), расщепляющий его на два фотона. Эти фотоны будут запутаны в определённом смысле, то есть, если у одного будет спин, внутренний момент импульса, +1, тогда у другого он будет -1. Но у какого какой, нам неизвестно. Можно даже проделать эксперименты, в которых после рассмотрения большого числа фотонов будет видно разницу между
• статистическими результатами в случае, если спин +1,
• статистическими результатами в случае, если спин -1,
• и статистическими результатами в случае, если спин остался неопределённым.
Очень сложно визуализировать эти результаты, но в квантовой механике есть прекрасная аналогия: прохождение частицы через двойную щель.
Если пропускать электроны, фотоны или любые другие частицы через двойную щель, возникает картина интерференции. Но это происходит, только если вы не проверяете, через какую щель они проходят!
Если пропустить частицу через двойную щель – то есть, экран с двумя узкими щелями, находящимися очень близко друг от друга – и она пройдёт сквозь них, вместо того, чтобы быть задержанной экраном, вы легко можете определить, где она окажется с другой стороны. Если вы будете запускать множество частиц по одной через двойную зель, вы обнаружите, что прошедшие через щели частицы формируют интерференционную картину. Иначе говоря, каждая частица ведёт себя не так, будто она прошла через одну или другую щель; она ведёт себя так, будто она прошла через обе щели сразу, проинтерферировала сама с собой на манер волны, и продолжила движение.
Но этот рисунок, демонстрирующий странную квантовомеханическую природу всех частиц Вселенной, появляется, только если вы не определяете, через какую щель проходит частица.
Если вы определяете, через какую щель проходит частица, оставив весь остальной эксперимент без изменений, вы вообще не получаете интерференционную картину.
Если вы вместо этого вы измеряете частицу на проходе через одну из щелей – это можно сделать через установку счётчика – вы не получите интерференционную картину. Вы получите кучу частиц, соответствующую прохождению через щель 1, и кучу для щели 2.
Волновой рисунок электронов, проходящих через двойную щель по одному. Если вы измерите, через какую щель прошёл электрон, вы уничтожаете квантовую интерференционную картину. Отметим, что для создания такой картины требуется больше одного электрона.
Иначе говоря, проводя измерение, определяющее избранный частицей путь, вы меняете результат этого выбора! Для одной частицы вы сможете только определить вероятность прохождения через щель 1, щель 2, или интерференции с самой собой. Для открытия реального состояния вашего эксперимента потребуется больше статистики.
Квантовомеханический тест Белла для частиц с полуцелым спином
Вернёмся к запутанным фотонам. Или вообще к любым запутанным частицам. Вы создаёте две запутанные частицы, у которых вам известна общая сумма их свойств, но не свойства каждой из них. Простейшим примером будет спин – у двух фотонов он получится либо (+1 и -1), либо (-1 и +1), у двух электронов — (+? и -?) или (-? и +?) – и вы не знаете, у какого из них будет какой спин, пока не измерите. Вместо щелей можно отправлять их через поляризатор. И как только вы измеряете один, вы определяете другой. Иначе говоря, знаете это мгновенно.
Эксперимент квантового стирания, в котором две запутанных частицы разделяются и измеряются. Никакие действия с одной из частиц в точке назначения не влияют на другую.
«Пугающим» становится тот факт, что в физике ничто другое не происходит мгновенно. Самая большая скорость передачи любого сигнала будет равна с, скорости света в вакууме. Но эти две запутанные частицы можно разделить на метры, километры, астрономические единицы или световые года, и измерение одной из них мгновенно определяет состояние другой. Неважно, двигаются ли запутанные частицы со скоростью света или нет, обладают они массой или нет, много ли у них энергии, и изолируете ли вы их друг от друга, чтобы они не отправляли друг другу фотоны. Нет никаких лазеек, позволяющих скорости взаимодействия в любой системе отсчёта как-то это компенсировать. В конце 1990-х эксперименты с разделением и одновременным измерением этих частиц определили, что если какая-либо информация и передаётся между ними, то она двигается быстрее скорости света в 10000 раз.
Квантовая телепортация, которую часто путают с путешествием быстрее света. В реальности информация быстрее скорости света не передаётся.
Но этого не может быть! В реальности никакой информации не передаётся. Нельзя провести измерение частицы в одном месте и использовать это для передачи чего-либо частице, расположенной очень далеко. Было разработано множество хитроумных схем, задуманных так, чтобы, используя это свойство, передавать информацию быстрее света, но в 1993 году доказали, что этот механизм не допустит передачи информации. Тому есть простое объяснение:
• Если вы измерите «каково состояние имеющейся у меня частицы», вы узнаете состояние другой частицы, но с этой информацией нельзя ничего сделать до тех пор, пока либо вы доберётесь до другой частицы, либо она доберётся до нас, и передача сообщений должна будет идти со скоростью света или медленнее.
• Если же вы заставите имеющуюся у вас частицу принять определённое состояние, это не изменит состояние запутанной частицы. Наоборот, это разрушит запутанность, так что вы не узнаете ничего о второй частице.
[Итан немного не до конца раскрыл суть проблемы. Всё вышеописанное может и не удивить вас, если представить себе аналогию с перчатками. Некто отправил вам одну перчатку из пары, а вашему другу – другую. И вы, открыв свою посылку, мгновенно узнаёте не только то, какую перчатку, левую или правую, вы получили, но и то, какую получил ваш друг. Однако в случае с запутанными частицами состояние «перчаток» изначально не определено. И мы его не просто не знаем или не умеем определять – оно на самом деле определяется случайным образом, и именно в момент измерения одной из «перчаток». Тогда другая «перчатка» мгновенно принимает противоположное состояние. Именно это Эйнштейн и называл «пугающим дальнодействием» / прим. перев.]
Если две частицы запутаны, свойства их волновых функций дополняют друг друга, и измерение одной из них определяет свойства другой. Но является ли волновая функция абстрактным математическим описанием, или же она лежит в основе более глубокой истины Вселенной и детерминистской, фундаментальной реальности – вопрос открытый.
Это философская проблема для реалистов. Это значит, что волновая функция частицы – или запутанная волновая функция нескольких частиц – представляет собой реальный, физический объект, существующий и эволюционирующий во Вселенной, но для этого требуется большое количество неудобных предположений. Нужно предположить, что существует бесконечное число возможных реальностей, и что мы живём только в одной из них, хотя никаких свидетельств о существовании других нет. Если вы инструменталист (как автор; это проще и практичнее), у вас нет этой философской проблемы. Вы просто принимаете, как данность, что волновая функция – это инструмент для расчётов.
Эйнштейн был убеждённым реалистом в вопросах квантовой механики, и это предубеждение он унёс с собой в могилу. Никаких свидетельств в поддержку его интерпретации квантовой механики обнаружено не было, хотя у неё до сих пор есть много приверженцев
Стивен Вайнберг, нобелевский лауреат, сооснователь Стандартной Модели и гениальный во многих областях физик-теоретик, недавно осудил подход инструментализма в журнале Science News, описывая его так:
Это так ужасно, представлять, что у нас нет знаний по поводу всего, что существует – мы можем сказать, что произошло, только проведя измерение.
Но вне зависимости от ваших философских увиливаний, квантовая механика работает, и волновая функция, запутывающая частицы, позволяет разрушать эту запутанность, даже на космических расстояниях. Это единственный мгновенный процесс во Вселенной, известный нам, и поэтому он действительно стоит особняком!
Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].
Комментарии (93)
Jogger
26.08.2017 22:58+1Вот уже не первую статью про квантовую запутанность читаю, и всё не могу понять, что же противоречит объяснению этого явления через теорию скрытых параметров. Подозреваю, проблема в том, что все подобные статьи — бесполезны, и на пальцах это не объяснить, нужны некоторые базовые знания в области квантовой физики.
BigBeaver
26.08.2017 23:21+3Неравенства Белла же. Под каждой статьей про КМ об этом кто-нибудь спрашивает, и каждый раз кто-то на них указывает)) Если вкратце, то это просто не работает. Совсем. Не согласуется с экспериментами. Вот.
Jogger
26.08.2017 23:30Вы знаете, словосочетание «Неравенства Белла» ничего не объясняет. А объяснение «это просто не работает. Совсем. Не согласуется с экспериментами» — это не объяснение. Я же не о вере/неверии говорю, а о понимании. И вот как раз с пониманием (хотя бы того, что же собственно утверждают нерваенства Белла) у меня проблемы. Я это связываю с недостаточной теоретической подготовкой, и как следствие — предполагаю, что статьи на эту тему в «популярном» формате бесполезны. Но возможно также что я просто слишком тупой для этого, и меня учить — только портить.
BigBeaver
26.08.2017 23:35Ну я бы мог дать ссылку на википедию вместо просто словосочетания. Своими словами я все равно не лучше обьясню. Можно еще про ЭПР почитать.
Jogger
26.08.2017 23:41Эту страницу на википедии я читаю каждый раз (sic!) когда встречаю подобные статьи. Понимание пока не наступило. Сейчас вот попробовал почитать на английском, но читать про что-то чего я не понимаю на языке, который не родной, всё же слишком тяжело. Надо будет сделать ещё один подход к английской версии позже. Про ЭПР тоже почитаю, спасибо, но пожалуй уже не сегодня — время позднее, надо бы спать.
CaptainFlint
27.08.2017 00:11+1Если хочется детально, то рекомендую ещё вот это.
Если кратенько, общую суть, то измеряются корреляции состояний, измеренных по разным базисам. То есть, к примеру, у одного из двух запутанных фотонов измеряют вертикальную поляризацию, а у второго — под 28 градусов. Расчёты показывают, что при наличии скрытых параметров и при их отстутсвии (то есть «честной случайности») эти корреляции разные, то есть вероятность получения определённой комбинации в этой паре измерений получается разная. Далее делается много измерений и статистически определяются эти вероятности. Оказывается, что они соответствуют варианту без скрытых параметров.
rafuck
27.08.2017 15:08Вот тут хорошо описано, на мой взгляд.
sly2m.livejournal.com/592929.html#cutid1
Politura
27.08.2017 21:36+1Если на пальцах, то запутанность можно было объяснить двумя способами:
1. Частицы изначально приобретали свое состояние в момент разделения, но мы эти состояния не знаем, пока не измерим. Тут все скучно и никакой магии, этот вариант отстаивал Эйнштейн.
2. У частиц нет определенного состояния до тех пор, пока мы их не измерим и появляется это состояние случайным образом в момент измерения одной из частиц, появляется у обеих сразу, как бы далеко они друг от друга ни были. Этот вариант отстаивал Бор.
В итоге они сошлись на том, что проверить какой из вариантов правильный никак нельзя и преспокойно умерли.
Так все и думали до тех пор, пока не появился Белл и не предложил теоретический способ проверки с помощью своих неравенств.
А через несколько десятков лет после того, как он это предложил, технологии доросли до того, чтоб можно было проверить на практике и оказалось, что был прав Бор, а не Эйнштейн.
Gutt
27.08.2017 00:10+1Просто статистика получается на та. В случае наличия скрытых параметров вероятность получить определённые состояния частиц одна, а эксперименты показывают другую. Я, к сожалению, тоже в деталях не понял, но и такое высокоуровневое меня в итоге устроило. КМ контринтуитивна, и классическое моделирование с помощью физических объектов в мозгу не работает. К сожалению, действительно нужно «заткнуться и считать».
mehos
27.08.2017 02:28«Если вам кажется, что вы понимаете квантовую теорию… то вы не понимаете квантовую теорию.»
SpiridonovAA
27.08.2017 03:41«что же противоречит объяснению этого явления через теорию скрытых параметров»
В книге Брайна Грина описан эксперимент, который на 100% доказывает, что запутанность не является проявлением скрытых параметров.
Кстати, никакой теории скрытах параметров не существует. Существовала ГИПОТЕЗА скрытых параметров, которая была опровергнута. Думаю, разницу между теорией и гипотезой вам объяснять не нужноJogger
27.08.2017 17:24Да, я понимаю разницу между теорией и гипотезой, но общепринято название «Теория скрытых параметров». Я просто использую устоявшуюся терминологию.
KonstantinSpb
26.08.2017 23:17+7В книжке Майкла Талбота «Голографическая Вселенная» проводится такое объяснение теории Дэвида Бома:
«Представьте себе аквариум с рыбой. Вообразите также, что вы не можете видеть аквариум непосредственно, а можете наблюдать только два телеэкрана, которые передают изображения от камер, расположенных одна спереди, другая сбоку аквариума. Глядя на экраны, вы можете заключить, что рыбы на каждом из экранов — отдельные объекты. Поскольку камеры передают изображения под разными углами, рыбы выглядят по-разному. Hо, продолжая наблюдение, через некоторое время вы обнаружите, что между двумя рыбами на разных экранах существует взаимосвязь. Когда одна рыба поворачивает, другая также меняет направление движения, немного по-другому, но всегда соответственно первой. Когда одну рыбу вы видите анфас, другую непременно в профиль. Если вы не владеете полной картиной ситуации, вы скорее заключите, что рыбы должны как-то моментально общаться друг с другом, что это не факт случайного совпадения.
Явное сверхсветовое взаимодействие между частицами говорит нам, что существует более глубокий уровень реальности, скрытый от нас более высокой размерности, чем наша, как в аналогии с аквариумом. Раздельными мы видим эти частицы только потому, что мы видим лишь часть действительности. А частицы — не отдельные «части», но грани более глубокого единства, которое в конечном итоге так же голографично и невидимо, как упоминавшееся выше дерево. И поскольку все в физической реальности состоит из этих «фантомов», наблюдаемая нами Вселенная сама по себе есть проекция, голограмма.»
stanislavkulikov
27.08.2017 16:24Кстати, голографический принцип объясняет много других непонятных явлений вселенной, помимо пугающего дальнодействия. С помощью него можно объяснить и тёмную материю и тёмную энергию и много других явлений.
blandger
27.08.2017 21:37-1Кстати, не так давно были сделаны мат расчёты, которые вроде как говорят, что Бомм был прав.
Ссылка на "жареную новость", сам материал в оригинале не читал, другие материалы с деталями не попадались.
http://www.vesti.ru/doc.html?id=1166955&cid=2161
Вселенная галограмма.
kauri_39
28.08.2017 15:35-3Ошибочная аналогия. Разные изображения одной рыбы — это одно, а физически разные частицы материи — это другое. Человек воздействует на одну из запутанных частиц и меняет её параметр, и поэтому другая частица почти мгновенно подстраивается под этот параметр. А в аналогии разве воздействуют на одно изображение рыбы, и это сказываться на другое её изображение? Нет. В аналогиях тоже надо соблюдать логику.
Просто фотоны и частицы способны к мгновенному обмену информацией. С его помощью они оперативно соблюдают физические законы, ими же установленные в своей (нашей) Вселенной. У всех них есть "глубокое единство" — вселенский интернет. Оперативная вещь — за доли секунд нашего хода времени были сформированы благоприятные для эволюции фундаментальные параметры. Это свойства частиц материи — систем фотонов, одинаковые для всех частиц своего типа в каждой точке Вселенной.
Мгновенные информационные взаимодействия частиц — это и есть скрытые параметры в микромире. Они проявляются, в частности, в "суперпозиции" спина частиц, фотонов. Суперпозиция — это для нас одновременное пребывание частиц во взаимоисключающих состояниях. На самом деле — это их быстрая (почти мгновенная для нас) реакция на перемены спинов других частиц и фотонов, "запутанных" с ними в первые моменты жизни Вселенной. Запутанность, как теперь известно, передаётся не только в пространстве, но и во времени: http://www.newsru.com/world/27may2013/quantum.html
Survtur
26.08.2017 23:24-1Я вот из таких статей не понял, что такого особенного в этих запутоннастях. Есть у нас пара перчаток. Закрыли их в вполне коробки и одну в космос отправили, а вторую на земле оставили. И вот, мы открываем нашу земную и видим, что она левая. И ДЫЩ ДЫЩ НЕМЕДЛЕННО УЗНАЕМ, ЧТО ВОЗЛЕ ЮРИСТОВ ПРАВАЯ! Что здесь такого этакого? В чем чудесность квантовой запутанности?
BlackMokona
26.08.2017 23:32+1В том, что если злой дядя откроет коробку перед отправкой в космос, вы об этом узнаете. А с перчатками нет.
pda0
27.08.2017 01:18+1В том, что у ваших классических перчаток спутанность причинно-следственная, т.е. пассивная. У вас всегда была левая, просто вы этого не знали. Квантовые перчатки имеют активную связь, влияя друг на друга. Как это пояснить по проще?
Ну, началось всё с принципа неопределённости. В применении к перчаткам… Ну, предположим, что законы природы оказались таковы, что вы не можете одновременно абсолютно точно взвесить перчатку и определить где она находится. Скажем, стоит вам повесить её на безмен, как она растягивается и вы не уже не можете сжать её в точку, чтобы точно сказать где эе она именно. Стоит вам сжать её в точку, как давление разжижает её (или даже поджигает от нагрева) и вам уже не взвесить её. (Только не предлагайте напольные весы, это же метафора для представления квантовых свойств у макроскопических объектов.)
И тут выходит на сцену хитрая «эту девочку звали Альберт Эйнштейн». И говорит: А давайте закажем пару перчаток. Весить они будут одинаково, мы пошлём их в разные лаборатории и одна взвесит свою, а другая определит положение. После этого из лаборатории с безменом позвонят в координатную лабораторию и скажут что навешали. И там одновременно узнают и вес и положение. Ай да я, ай да молодец!
Попробовали. Но как бы не была взвешивательная лаборатория далеко от координатной, как только одну из перчаток кладут на весы — другую тут же уносит порывом ветра. Она не пропадает. Но уже никто не может сказать где она. Стоит ужать вторую в точку перед линейкой, как вторую разрывает попыткой одновременно воспарить в небеса и провалиться от тяжести сквозь землю.Survtur
27.08.2017 03:27Прошу прощения за кривизну текста в предыдущем комментарии, так как писал с телефона и половина слов исковеркалось. Вы говорите о принципе неопределённости и постоянной планка, это понятно.
Вот замерили мы в одной лаборатории один связный параметр.
Далее я нумерую три предложения, чтобы если я в каком-то из них начал ошибаться, вам было легче указать в каком.
- Вторая лаборатория пытается замерить второй параметр — и у неё что-то получится.
- Получится одно из значений бОльшего диапазона вероятностей, чем мог бы быть, если бы первая лаборатория не измеряла.
- Откуда им знать, что диапазон иной, ведь у них в любом случае есть какое-то значение, что в с измеренным в первой лаборатории свойством, что без того измерения.
Имхо, все изменения можно заметить только производя измерения. Но это измерение просто фиксирует какое-то значение из диапазона вероятностей. И мы не знаем, был ли при этом измерении диапазон «обычным» или он стал «увеличенным» из-за того измерения в другой лаборатории.BigBeaver
27.08.2017 08:50+2Комментатор выше попытался переложить парадокс ЭПР на перчатки. Не то что бы очень красиво вышло, но и перчатки — не супер предмет для КМ.
В эксперименте ЭПР после измерения импульса у первой частицы, вторая частица также переходит в состояние с определённым импульсом. У неё можно измерить координату, однако сразу после такого измерения импульс частицы изменится, поэтому говорить, что произошло одновременное измерение координаты и импульса смысла не имеет.
Таким образом, все действительно упирается в соотношение неопределенностей. Если бы гипотеза скрытых параметров была верна, то это бы так не работало, насколько я могу судить (вторая частица сохраняла бы нелопределенность импульса, и мы бы спокойно измеряли массу), но она достоверно опровергнута, и мы имеем то, что имеем (КМ не локальна. Как это вообще возможно — отдельный вопрос.).erwins22
27.08.2017 09:53-2опровергнута гипотеза конечного количества скрытых параметров.
но не гипотеза бесконечного количества.
Serge3leo
28.08.2017 15:37Как всякая аналогия, аналогия перчаток хромает. В прочем, и чудесности в запутанности тоже нет.
А лично мне кажется, что аналогия с носками, несколько лучше. Вы берёте носок, если одеваете на левую ногу, то второй носок мгновенно ставится правым, и наоборот.
MaximChistov
28.08.2017 19:11+3Такая «аналогия» подразумевает, что это вы решаете, будет ваш носок левым или правым. А в случае запутанных частиц, не вы решаете, какое состояние будет у вашей частицы.
Serge3leo
28.08.2017 21:30Лично у меня, я не решаю, это случайный процесс, причём имеем иллюстрацию коллапса волновой функции.
В отличии от аналогии с перчатками, где сей процесс вскрытия детерминированный и коллапса волновой функции нет.BigBeaver
28.08.2017 21:56+1Но ведь это вы решаете, на какую ногу надеть носок. Точно так же решает хозяин второго носка.
apiksDen
26.08.2017 23:38-1В эксперименты с прохождением частиц через щель, какой счетчик используется? может он просто всего лишь поглощает фотон и поэтому он не идет дальше?
makkl
27.08.2017 15:31Нет, там как раз в этом и загвоздка. При факте наблюдения за экспериментом результат меняется. И в этом эксперименте можно электрон использовать — результаты те же. Кот Шредингера жеж.
Karpion
27.08.2017 15:47Насколько я понял, одна из проблем квантовой механики — в невозможности пассивного измерения. Это значит, что измерение непременно изменяет состояние объекта.
Допустим, мы решили узнать местоположение объекта, и для этого светим на него фотонами. Точность определения координат — порядка длины волны света, которым мы пользуемся. Но такой фотон вносит искажения в импульс — и это искажение обратно пропорционально длине волны света. Всё, приплыли к тому, что определить координату и импульс одновременно — невозможно, произведение неточностей не менее постоянной Планка.
А факт наблюдения — меняет наблюдаемый объект. Не по факту наблюдения, а по факту использования инструментов наблюдения, которыми мы "ощупываем" объект.
makkl
28.08.2017 15:31Когда производят измерения, такие как вы описали, то ловят отраженные фотоны. Это раз. Разве в момент, когда мы не наблюдаем, на объект попадает меньше фотонов? Это два. Я думаю, что в такого рода экспериментах не производится прямое измерение, а скорее косвенное — результат получается по измерениям полей, воздействий, изменений и т.д. Также, визуально увидеть что-то в такого рода и размера объектах — впринципе невозможно, т.к. у оптических приборов есть предел измерения (как раз из той области, что вы и описали — частота волн оптического диапазона находится рядом с частотой измеряемого. Как-то так.
Karpion
28.08.2017 21:45Ну, если Вы можете предложить какой-то способ измерения положения частицы без применения фотонов, а также любого другого механизма, дающего изменение импульса — то я с радостью обсужу Ваше предложение.
Когда мы не наблюдаем — мы вообще ничего не знаем про координаты и импульс частицы. Принцип неопределённости выполняется с запасом.
apiksDen
27.08.2017 15:52Ну я к тому что, понятно что наблюдение что-то делает с частицей… Но это ладно. Вопрос второй, как удалось фотон разбить на два (связанных), если фотон это уже минимальное дискретное возмущение поля?
mayorovp
28.08.2017 08:56Энергия фотона пропорциональна частоте — а потому при некоторых условиях можно разделить один фотон на два фотона половинной частоты.
Хотя как конкретно умудряются провернуть подобное — я тоже не понимаю.
apiksDen
28.08.2017 15:46Из вашего объяснения, можно заключить что должно использоваться что-то типа призмы, раскладывающей свет на разные цвета (но как понимаю там не происходит разделения фотонов, а просто меняется длина волны, или нет?). Интересно было бы, если бы кто-то описал как это происходит.
И еще не понятно, как ученые понимают, что полученные фотоны точно связанныmayorovp
28.08.2017 16:08Нет, в призме длина волны не меняется, там просто свет с разными длинами волны направляется в разных направлениях.
Я говорю вот об этом явлении: Генерация второй оптической гармоники
Goodkat
27.08.2017 01:13-1И мы его не просто не знаем или не умеем определять – оно на самом деле определяется случайным образом, и именно в момент измерения одной из «перчаток». Тогда другая «перчатка» мгновенно принимает противоположное состояние. Именно это Эйнштейн и называл «пугающим дальнодействием»
А как выяснили, что не просто не знаем или не умеем определять?
Может тут не как пара перчаток, а как пара носков? Надеваем носок на случайную ногу, если он оказался на левой носке, то это левый носок, а в космосе, соответственно, правый.BigBeaver
27.08.2017 08:52+2А как человек в космосе узнает, что он правый? Очевидно, никак.
endorphin
27.08.2017 03:55Можно попробовать передать если после каждого нужного нам байта делать определенную паузу в измерениях, которая свидетельствует о правильном байте, а если байт не тот, продолжать замеры, пока не проявится нужное состояние. Или я недопонял чего-то.
BigBeaver
27.08.2017 08:53+1Или я недопонял чего-то.
Более того, этот вопрос уже был разобран в комментариях выше до того, как вы написали свой. Это нормально. Такое многократно происходит под каждой статьей по КМ.
AVI-crak
27.08.2017 11:30К чёрту носки платки перчатки и прочая парная хрень нативного объяснения. Тут вопрос более технический.
Линия передачи с нулевой латентностью: постоянная передача фотонов на нормальной скорости из пункта А в пункт В, в пункте А остаётся копия Аt фотонов — которые необходимо хранить всё то время пока вторая копия находится в свободном полёте.
Вскрытие, или чтение параметров фотонов в нулевое время — чисто технически это осуществимо даже на домашнем уровне, требуется синхронизация времени.
Но остаётся очень непонятное событие — временное хранение копий фотонов на передающей стороне стороне. Судя по публикациям — фотон должен находится в эксклюзивной ловушке, собственной персональной камере с блестящими стенками. Иначе он очень быстро начинает бакланить с соседями, вступая сними во всякие неконтролируемые отношения.
Казус — МОЖНО передавать по одному оптоволоконну фотоны последовательным способом без потери информации. Нельзя использовать одну ловушку для всех копий. (для самых умных) -Копию линии передачи использовать тоже нельзя.
С точки зрения медленной передачи данных — эффект работает, но не имеет смысла. С точки зрения нулевой латентности передачи — эффект есть, но скорость такой передачи очень низка.
С точки зрения контролируемой передачи шифрованных данных — эффект есть, но приходится достаточно долго ожидать синхронизации.MaximChistov
27.08.2017 13:31>фотон должен находится в эксклюзивной ловушке, собственной персональной камере с блестящими стенками
так после первого же отражения от стенки это уже будет другой фотон
mad_god
29.08.2017 09:36что-то мне кажется, речь вообще не идёт о единичных частицах. Поправьте, если я неправ.
Delics
27.08.2017 14:03+1Зачем переводчик приписал к статье глупости про перчатки? Версия с «перчатками» является сутью ещё спора Бора и Эйнштейна, прошедшего почти 100 лет назад. И неравенства Белла доказали, что нет, ситуация с запутанными фотонами не похожа на ситуацию с перчатками.
Весь смысл неравенств Белла в том, что если «перчатки-фотоны» заранее распределены, то измерением не удастся изменить соотношение «красных» и «белых» перчаток на приемнике.
Но их соотношение-таки изменяется. Значит там совсем другая ситуация.
Прошу разумных людей не тиражировать «аналогию» про перчатки в подобных темах, как не имеющую отношения к квантовой запутанности.
andrey_aksamentov
27.08.2017 15:46Если Итан так много знает, может он знает — когда выйдет half life 3.
Хотелось ты поиграть, пока еще не слишком старый…CaptainFlint
27.08.2017 17:28+3Задайте ему этот вопрос. Он с удовольствием расскажет, как Вселенная возникла из Большого Взрыва, приведёт множество красивейших картинок (вдруг вы их ещё не видели в предыдущих его ста пятнадцати статьях-ответах) и в конце одним предложением добавит «ну и, возможно, где-то тут когда-нибудь появится HL3».
mwizard
28.08.2017 01:40Учитывая, что пару дней назад сценаристом HL2 был опубликован «фанфик», раскрывающий сюжет HL2 Ep3, то можно с уверенностью заявить, что HL2 Ep3 либо HL3 не выйдут никогда. Вообще никогда.
iperov
27.08.2017 21:37+1Меня всё время интересует в этом вопросе: что значит измерить через какую щель прошёл электрон?
Сама суть измерения означает, что датчик получит какую-то энергию, а значит от электрона она отнимется, поэтому и поведение его меняется?CaptainFlint
28.08.2017 00:07Вы сейчас изложили основную проблему квантовой механики. Совершенно верно, невозможно измерить состояние частицы, никак не повлияв на неё.
executex
27.08.2017 21:37-1мб это все большая игра, а квантовой запутанностью мы путаем с рендером картинки перед глазами?))
Xeli
27.08.2017 21:37-1Товарищи учёные, доценты с кандидатами!
Замучились вы с иксами, запутались в нулях,
Сидите там, разлагаете молекулы на атомы,
Забыв, что разлагается картофель на полях.
Из гнили да из плесени бальзам извлечь пытаетесь
И корни извлекаете по десять раз на дню…
Ох, вы там добалуетесь, ох, вы доизвлекаетесь,
Пока сгниёт-заплесневеет картофель на корню!
Значит так: автобусом до Сходни доезжаем,
А там — рысцой,
и не стонать!
Небось картошку все мы уважаем,
Когда с сальцой
её намять.
Rembo123
27.08.2017 21:37Хорошо, пусть фотоны сперва надо развести на расстояние физически, т. е. со скоростью света. Но поясните тупому, если фотоны уже разведены когда-то там до сеанса связи загодя. Передача данных разве не будет мгновенной относительно более позднего момента времени? Вот, скажем, сперва увезли кулек связанных частиц на Марс, а потом я на Земле буду вытаскивать из второго кулька частицы, они разве не будут мгновенно синхронизироваться на Марсе? Что не так то?
CaptainFlint
28.08.2017 00:22+1Сама идея мгновенной синхронизации в момент измерения противоречит теории относительности. Начать с того, что понятие одновременности относительно. Для вас два измерения были одновременными, а для кого-то, летящего в ракете, одно измерение произошло раньше. (А для третьего, летящего в другом направлении, оно, наоборот, оказалось сделанным позже.)
Всё упирается в то, что нет возможности определить, кто произвёл измерение первым (и вообще, было ли произведено измерение на другой стороне). Вы измеряете свою частицу, ваш собеседник-марсианин измеряет свою. В любом порядке. При этом вы гарантированно получаете противоположные результаты (причём заранее неизвестно, кто из вас получит плюс, а кто минус). И это всё, никакой дополнительной информации извлечь отсюда не получится.
Welran
28.08.2017 06:23Вы просто получите две случайные последовательности которые связаны друг с другом. То что у вас появится случайная последовательность не даст вам никакой информации, кроме того что теперь вы знаете какую последовательность получат на Марсе. Никакой информации этим способом вы на Марс не можете отправить.
muhaa
28.08.2017 10:10-1Поставьте в Майнкрафте кубик, уйдите подальше, а потом вернитесь: кубик все еще там. Значит он «существует». Это наиболее прямое толкование понятия «существует».
Представьте, что в Майнкрафте где-то в результате какого-то процесса сама по себе возникла протяженная система из блоков, полное описание которой пока осталось не определенным (частично «размыта»). Представьте, что вы увидели эту систему и только в этот момент полная конфигурация этой системы была окончательно определена программой, при этом алгоритм использовал как начальное не полностью определенное состояние, так и условия, в которых вы увидели систему (например, ракурс с которого вы в первый раз на нее посмотрели). При этом не обязательно, чтобы посмотрели на систему именно вы. Это могло быть что угодно, состояние чего сохранится и потом хотя-бы теоретически может быть исследовано. Это измерение и коллапс волновой функции.
При этом, система может быть сколь угодно протяженной, но алгоритм определяющий ее полное состояние все равно использует все состояние системы разом плюс информацию об условиях измерения. Таким образом, легко доказать, что алгоритм работает не локально, но создать мгновенный передатчик информации может быть невозможно если информация об условиях измерения используется для вычисления состояния системы используется особым вероятностным образом. Это нелокальность квантовой механики.
Наконец, при работе алгоритма «коллапса» он может использовать моделирование множества возможных альтернативных путей развития системы. Эти альтернативные «вселенные» игрок никак не может наблюдать: они есть в алгоритме определения состояния системы, вычисляющим полное состояние системы к моменту измерения, но увидеть их никак нельзя. В эти состояния нельзя что-то записать и обратно прочитать, значит к ним не применимо слово «существует» в прямом смысле. Они существуют в том смысле, что без их моделирования программа не сумела бы предъявить нам результат. Алгоритм имеет право считать эти альтернативные ветви только до момента, когда влияние событий в ветви на результат становится совершенно необнаружимым. Это альтернативные вселенный в мультиверсе, которые как бы часть теории, но которые «существуют» совсем не в том смысле как обычные объекты.
Как-то так.
IgorKh
28.08.2017 16:31-1Вот сколько не читал про запутанность частиц никогда не мог ее понять, это меня расстраивает.
Если я например возьму два шарика синий и красный. Дам один из них другу и друг улетит с ним на другой край галактики. После этого я посмотрю на свой шарик и мгновенно узнаю какого цвета шарик у друга.
Если кто-либо воздействует на мой шарик или шарик друга, перекрасит его, «запутанность» разрушится.
Ну и в чем тут магия!? Никак не могу этого понять.muhaa
28.08.2017 18:04Потому что все гораздо сложнее. При измерении того же спина есть еще направление, в котором мы его измеряем. Частица заранее не знает как ее будут мерить и как мерили вторую. Если мы измеряем обе частицы одинаково ориентированными приборами, то они могут, к примеру, всегда выдавать противоположный но случайный результат да/нет.
Если приборы ортогональны, то результат должен быть всегда одинаковым.
Если приборы ориентированы под углом, тогда получается особая, предсказываемая квантовой механикой статистика результатов.
Неравенства Белла доказывают, что частицы не могут выдать все это, если одна не «сообщает» другой какой результат она выдала и по какой оси ее меряли.
MasterPeaceMC
30.08.2017 23:24просто стенки щели толстые, сделайте стенки нулевой толщины и интерференции не будет
EDA
30.08.2017 23:25+1Объясните мне, почему запутанность кажется странной? Если принять, что законы термодинамики работают на квантовом уровне и что ни энергия, ни информация не исчезает, то следует, что запутанное состояние группы частиц должно сохраняться несмотря на расстояние между отдельными частицами. Вы спросите — какая разница между этим объяснением и «перчатками»/скрытыми параметрами? А в том, что никаких левых и правых перчаток нет, а есть запутанный квантовый объект «две перчатки». Когда «перчатка» летит к детектору, она не правая и не левая. Акт измерения фиксирует состояние одной из «перчаток», заодно фиксируя состояние другой «перчатки», так как общее состояние перчаток должно оставаться неизменным.
Наверное, кажется странным, что состояние второй «перчатки» мгновенно фиксируется измерением первой «перчатки», но альтернатива, то есть потеря запутанного состояния, была бы ещё странней — информация и энергия исчезала бы в никуда.
Averrin
Ну вот. Я все время понимал квантовую спутанность неправильно=( Теперь это просто интересный факт, а не что-то что можно будет круто использовать.
EvilGenius18
Что вы имеете ввиду под «просто интересный факт»?
Квантовую запутанность можно использовать (и уже используют) для передачи данных и вычислений, имея множество спутанных между собой частиц.
Averrin
А можно тогда уточнить как это делается? По статье я понял, что это невозможно.
EvilGenius18
Еще как возможно, уже было проведено множество экспериментов, подтверждающих состоятельность идеи. Из последних экспериментов — передача данных (телепортирование частиц) с земли на орбиту (даже на гиктаймс новость была, может комменты к той статье помогут лучше разобраться).
Чтобы не нарушить запутанность, можно скопировать запутанные частицы и с помощью копий передать информацию. Можете вот здесь еще посмотреть принцип работы в картинках (если знаете английский).
nkie
Вы ошибаетесь. Запутанность в этих эксперимента используется не для передачи данных, а как криптографический механизм. Грубо все это можно описать так: сообщение посылается отправителем получателю. Отправитель запутывает 2 частицы, одну оставляет себе, вторую отправляет получателю вместе с сообщением. После получения сообщения, получатель производит измерение со своей частицей, а отправитель со своей, и затем по открытому каналу они сравнивают результаты измерения. Если сообщение не было перехвачено 3-ей стороной, то измерения будут коррелировать известным способом(они будут инверсны), а если результаты коррелировать не будут, то это значит, кто-то перехватил передаваемое сообщение. Ведь над передаваемой частицей уже произведено измерение (раз кто-то прочитал сообщение), что и нарушило корреляцию.
EvilGenius18
То что вы описали называется передачей информации.
Информация о статусе передачи информации тоже является информацией
BigBeaver
В квантовой телепортации нет передачи информации через запутанность.
EvilGenius18
Есть. Запутав систему фотонов (более 2) и сделав дубликат через сплитер, вы можете передавать информацию, т.е. послать, а после получения используете информацию с дубликата и восстанавливаете информацию (производите передачу информаиции)
Welran
Нужно меньше играть в Масс Эффект
Vinchi
Вово чел бред несет и сам не понимает. КС используется не для передачи данных, а для их защиты, например.
BigBeaver
Формально мы можем так скорректировать систему определений, что передача фотона будет эквивалентна передаче информации (тк какая-то информация в нем есть). Проблема в том, что так мы передаем только шум генератора фотонов, что и используется в квантовой криптографии (КК). А вот организовать общение, основанное только на запутанности, нельзя. Даже в квантовой телепортации используется отдельный классический канал для передачи информации.
Если честно, я не очень понимаю, что конкретно вы предлагаете. Возможно, если вы попробуете расписать свой алгоритм подробно по шагам, то сами найдете ошибку.
den_golub
Э-э-э, я конечно возможно чего-то не доганяю и это скорее всего так, но как-то легко вы выбросили из своих утверждений Теорему о запрете клонирования, я посмотрю как вы создадите частицу с тем же состоянием, максимум что вы можете сделать это создать систему которая будет сцеплена с исходной, да и то это будет далеко от копирования(клонирования).
CaptainFlint
Передачу данных упомянутым способом не организовать, это верно, но существуют и другие задачи. В квантовой криптографии запутанные частицы используются для генерации секретных ключей. Две стороны делают измерения, получают случайные последовательности нулей и единиц, но при этом гарантируется, что эти последовательности у них совпадают (с точностью до инверсии на одной стороне). Теперь у них есть секретный ключ для шифрования переписки, при этом сам ключ никуда не пересылался. (В реальности чуть сложнее, но основа такая.)
NoRegrets
Не знаю как осуществляют передачу данных и ничего не понимаю в квантовой физике, ногами не пинайте, но исходя из вводной, чисто теоретически, для передачи информации в такой ситуации можно использовать время как дополнительную информацию. Для разделении битов. Например, вам нужно передать два бита нулей, вы измеряете одну частицу и она оказывается 1, следовательно, первый бит вы передали, ждете 1 миллисекунду перед отправкой следующего бита. Со следующей частицей вам не везет и она оказывается 0, пробуете следующие, до тех пор, пока не выпадет 1 и ждете 1 миллисекунду — второй бит передан. Но запутанные частицы нужно будет разделить и развести по точкам передачи информации, что может привести к проблеме передачи данных, связанных с тем, что «биты кончились».
CaptainFlint
Затык в том, что на другой стороне вы никак не узнаете, сколько миллисекунд там пытался ждать отправитель. Нет эксперимента, которы позволил бы глянуть на одиночную частицу и сказать: «она сейчас запутанная». Всё, что можно сделать — это измерить состояние своей частицы и получить некий случайный результат. При этом, если частица всё-таки была запутанной, эта запутанность при измерении разрушится. А если не была, то просто получится результат, коррелирующий с результатом, полученным первой стороной.
CaptainFlint
Welran
Разрушение запутанности означает что теперь эти две частицы не запутаны. Что не мешает второй частице все ещё быть запутанно с уже измеренной. И способ посылать по одной запутанной частице с разными временными интервалами вполне подходит, надо просто изменить немного способ — если информация в частице совпадает с передаваемым битом ждем одну миллисекунду, если нет то две. но этот способ крайне медленный. Проще отправить за секунду 1000 частиц получить ключ и уже отправлять гигабитовым потоком зашифрованную информацию.
BigBeaver
Что-то вы намудрили. Если через запутанность вы передаете только ключ, то все уже давно решено и используется. Только это не называется передачей ключа, тк в квантовой криптографии он случаен и поставляется генератором запутанных фотонов. Квантовым криптопровайдером, если угодно. То есть, у двух агентов есть одинаковый (с точностью до наоборот) случайный набор фотонов, используемый как ключ. Информацию передаем любым желаемым способом — хоть голубями.
Welran
Она кодируется одновременно в частицах и интервалах. Так что анализируя только интервалы нельзя будет получить информацию.
BigBeaver
У вас запутанность не участвует в алгоритме.
ploop
Ну вы поняли, да? Точно так же и с частицами :)
CaptainFlint
Для тех, кого эти два комментария запутали (ага), уточню, что я говорил не про использование запутанных частиц для передачи данных вообще, а конкретно про:
Квантовая телепортация делается совсем по-другому.mehos
Возьмите пару носков. Один оставьте у себя, а второй дайте товарищу в соседней комнате. Когда вы надеваете свой носок на правую ногу, второй носок быстрее скорости света становится левым (и наоборот). Теперь передайте своему товарищу пару бит информации.