Опосредуется ли квантовая запутанность взаимодействием?

Первоначальная цель статьи ЭПР состояла в том, чтобы показать, что квантовая механика неполна. Следовательно, для его завершения необходимо добавить дополнительные переменные, вопреки тому, что утверждает Седрик. Цель ЭПР — показать, что либо природа нелокальна (и, следовательно, противоречит СТО), либо квантовая механика неполна. Поскольку Эйнштейн не был готов отказаться от локальности и СТО, он пришел к выводу, что квантовая механика неполна.

Однако позже Джон Белл покажет, что квантовая механика на самом деле нелокальна. Для этого он сначала разработал неравенство, которому должна удовлетворять любая локальная физическая теория. Затем он показал, что это неравенство нарушается для некоторых запутанных состояний, тем самым доказав нелокальность квантовой механики. Затем в 70-х годах Ален Аспект провел эксперимент, чтобы проверить, нарушаются ли неравенства Белла в природе или нет. С тех пор было проведено много подобных экспериментов, и все они указывают на то, что природа нелокальна, а квантовая механика является хорошим описанием этой нелокальности.

Теперь в экспериментах есть возможные лазейки, которые я не буду здесь обсуждать.

Можно также возразить, что квантовая механика, описываемая уравнением Шрёдингера, не является лоренц-инвариантной, поэтому не следует ожидать, что квантовая механика согласуется с СТО.

Как насчет уравнений, которые являются лоренц-инвариантными? Уравнения Дирака, Клейна-Гордона и т. д. Вот тут-то и возникают трудности. Мы знаем, что для правильного описания этих уравнений необходимы квантовые теории поля. Но нам удается трактовать теории поля только пертурбативно. Другие подходы являются числовыми или очень ограниченными. Так что я не знаю никаких подробных исследований в контексте квантовой полевой теории запутанности и неравенств Белла. Но я надеюсь, что кто-то может прийти с дополнительной информацией об этом. Мои познания в этих областях ограничены.

Стандартный тест на то, действительно ли две вещи запутаны друг с другом в смысле жуткого действия на расстоянии картины ЭПР, состоит в том, чтобы увидеть, нарушают ли измерения состояний двух частиц одно из неравенств Белла, что означает, что корреляция между состояниями сильнее, чем это может быть объяснено любой локальной теорией скрытых переменных. Это было сделано со многими системами, имеющими значительное расстояние между частицами — еще в 1982 году группа Алена Аспекта провела тест с изменяющимися во времени детекторами, которые были разделены на 40 футов или около того, и результаты были примерно девятью стандартными. отклонения от предела LHV.

Совсем недавно группа Криса Монро из Мэрилендского университета провела эксперименты, в которых они запутывали состояния двух ионов в двух разных ионных ловушках и показали нарушение Белла примерно на 3,5 стандартных отклонения. Я написал об этом в блоге некоторое время назад , и пост содержит ссылки на соответствующие статьи. Я не уверен, что между ионами полностью отсутствует прямолинейный путь, но они находятся в совершенно отдельных вакуумных камерах (в основном из нержавеющей стали), поэтому я думаю, что это вполне соответствует требованиям вопроса.

Ответ на вопрос немного зависит от того, что подразумевается под «опосредованным». Составная квантовая система, состоящая из двух или более квантовых подсистем, может находиться в квантовом состоянии, в котором подсистемы запутаны с самого начала, т. е. с начального состояния. Если составная система развивается без какого-либо взаимодействия между подсистемами, то форма и степень запутанности между ними не изменятся. Если есть взаимодействие, запутанность, как правило, будет меняться по форме и/или степени. В частности, если начальное состояние не запутано, то последующее взаимодействие между подсистемами будет их запутывать. Но этот факт сам по себе не зависит от вида взаимодействия. Любое взаимодействие между подсистемами, по крайней мере на некоторое время, запутает изначально незапутанные подсистемы. Можно вполне рассматривать это как «опосредование» запутанности взаимодействием. Но физики, как правило, не считают запутанность как таковую динамическим свойством квантовой механики. Скорее, это рассматривается как кинематическая/структурная возможность квантовых состояний для составных систем, которые могут быть изменены наличием взаимодействий, но в конечном счете не обусловлены взаимодействиями.

Позвольте мне добавить, что запутанные состояния на сегодняшний день являются наиболее распространенными состояниями. Незапутанные состояния составных систем (которые являются просто так называемыми состояниями продукта) по сравнению с ними встречаются гораздо реже.

Почти уверен, что EPR не утверждает, что запутанность противоречит SR, а если и утверждает, то неверно. Суть статьи ЭПР заключалась в том, что последствия запутывания были настолько странными, что не могли быть реальными.

Однако экспериментальные данные подтверждают запутанность и никогда не показывали какого-либо нарушения SR.

Я думаю, вы ответили на свой вопрос.

«Согласно ЭПР-экспериментам измерения запутанных состояний противоречат СТО»: если вы имеете в виду, что мы не можем считать, что результат измерения одной запутанной частицы «распространяется» на другую, потому что это распространение нарушает принципы СТО, вы должны исключать взаимодействие в смысле "сильное, слабое,... взаимодействие", т.е. взаимодействие, не нарушающее СТО.

Кроме того, нам не нужно иметь такое взаимодействие, так как оно напрямую объясняется принципами квантовой механики.

Это все равно, что представить себе, что «взаимодействие» обучает частицы квантовой механике.

Главный результат лечения парадокса ЭПР состоит в том, чтобы сделать теории скрытых переменных неуместными, так что в основном «квантовая механика» побеждает, и нам не нужны другие объяснения.

Вывод 1. Определенно не причинное взаимодействие - см. эксперименты с отложенным выбором Алена Аспекта 2. Скорее, амплитуды причинно разделенных частиц просто остаются коррелированными из-за прошлых событий общего происхождения 3. См. Смерлак и Ровелли на http://arxiv.org/abs /квант-ф/0604064 .
См. также Ровелли на http://arxiv.org/abs/quant-ph/9609002 , чтобы получить связную точку зрения, но она несколько тонкая.

Одно событие измерения не влияет на другое. Только после того, как результаты обоих измерений будут сведены вместе для сравнения и накоплены статистически, это становится интересным.

Единственные взаимодействия, имеющие отношение к запутанности, происходят в источнике, когда система синглетного спина распадается на две частицы со спином один (или что именно вы делаете) и снова, когда измерения коррелируются в одном месте. Последний не часто упоминается в КМ, а только в обсуждениях философии КМ.

Слишком многие авторы предполагают, что происходит что-то нелокальное или имеет место какой-то сверхсветовой эффект. В классических работах по экспериментам Белла обычно утверждается, что один (по крайней мере) из них должен быть удален: локальность, причинность, реализм. Даже сегодня, в 2010 году, это открытая дискуссия о том, какой из них.

Лично мне нравится отбрасывать причинно-следственные связи и понимать вещи в соответствии с транзакционной интерпретацией Крамера — http://mist.npl.washington.edu/npl/int_rep/tiqm/TI_toc.html — но, в конце концов, я действительно не знаю ничего лучше, чем кто-либо esle.

В некотором смысле запутанность действует так, как будто пространство-время не существует — вот почему мы называем ее нелокальной. QM не знает о c . Мы могли бы смоделировать это, вызвав дополнительное измерение, в котором находится корреляция, так что две стороны корреляции совпадают в этом дополнительном измерении. Но это чисто умозрительная модель, которую я придумал.

Я также не совсем точен, когда говорю «пространство-время», потому что время действительно имеет здесь значение в том смысле, что первым измеряемым отрезком является тот, который коллапсирует волновую функцию (что бы это ни значило) и разрушает запутанность. Недавняя статья Wilzcek & Shapere ( http://arxiv.org/abs/1208.3841 : Constraints on Chronologies и неофициальный обзор здесь http://www.technologyreview.com/view/428962/special-relativity-and-the -любопытная-физика/ ) демонстрирует существенную роль временного упорядочения и одновременности; это глубокое наблюдение, которое (он говорит) приведет к следующей статье, потому что оно о том, как взаимодействуют QM и SR/GR. В выступлении Дэвида Альберта на 80-летии Ахаранова говорится о том же (http://ibc.chapman.edu/Mediasite/Viewer/?peid=f9b9519414844b79b36ffda1240c65061d : Дэвид Альберт: «Физика и повествование»).

Нет.

Более или менее формальное определение взаимодействия между двумя системами состоит в том, что у вас есть система 1 с гильбертовым пространством.$\cal H_1$и система 2 с гильбертовым пространством$\cal H_2$. Если бы система 1 была изолирована от других систем, она имела бы гамильтониан$H_1$управлять его временной эволюцией. Аналогично для системы 2 и$H_2$. Когда системы рассматриваются как части объединенной системы, гильбертово пространство для объединенной системы равно$\cal H_1 \otimes \cal H_2$. Предположим, что эта комбинированная система по какой-то причине подчиняется гамильтониану$H_3$. Член взаимодействия между двумя системами определяется как разница между этим фактическим гамильтонианом и гамильтонианом, который был бы получен, если бы подсистемы не взаимодействовали, что было бы$H_1 \otimes I_2 + I_1\otimes H_2$куда$I_i$тождественный оператор в гильбертовом пространстве$\cal H_i$. То есть член взаимодействия$H_{\mathrm{int}}$по определению равно

Две подсистемы могут быть запутаны, даже если этот член взаимодействия тождественно равен нулю в течение всего времени от$- \infty$к$\infty$. Они также могут быть незапутанными (т. е. находиться в разделимом состоянии), даже если этот термин взаимодействия довольно жестокий, странный или что-то в этом роде. Запутанность не имеет ничего общего с взаимодействием.

С практической точки зрения, если вы хотите подготовить состояние, у вас должно быть какое-то взаимодействие между чем-то и вашей системой, а если вы хотите подготовить интересное запутанное состояние, вы должны использовать интересное взаимодействие. Но это относится к взаимодействию между вашим подготовительным аппаратом и двумя подсистемами, а не к какому-либо взаимодействию между самими подсистемами.

Раскольников, кажется, единственный, кто понял суть теоремы Белла. Вся идея Эйнштейна в статье об ЭПР (которая на самом деле не была написана непосредственно Эйнштейном... см. его автобиографические заметки, где он кратко резюмирует аргумент ЭПР) заключалась в том, чтобы добавить скрытые переменные в квантовую механику, чтобы искоренить жуткие действия в теории. Его идея объяснения носков Бертлемана терпит неудачу, как доказал Белл. Тогда как мы можем объяснить, почему две запутанные частицы всегда координируют свое поведение? Они должны как-то общаться друг с другом.