Почему квантовая запутанность считается активной связью между частицами?

Из всего, что я читал о квантовой механике и явлениях квантовой запутанности, для меня не очевидно, почему квантовая запутанность считается активным звеном. То есть каждый раз утверждается, что измерение одной частицы влияет на другую.

В моей голове есть менее волшебное объяснение: измерение запутанности влияет на обе частицы таким образом, что делает их состояния идентичными, хотя и неизвестными. В этом случае измерение одной частицы даст информацию о состоянии другой, но без волшебной мгновенной модификации удаленной запутанной частицы.

Очевидно, я не единственный, кому пришла в голову эта идея. Какие проблемы связаны с этим представлением и почему предпочтение отдается волшебному представлению?

«Почему квантовая запутанность считается активной связью между частицами?» Потому что большинство людей не может думать о корреляции без причинно-следственной связи?
См. en.wikipedia.org/wiki/Quantum_pseudo-telepathy для примера того, что может сделать квантовая координация без связи.

Ответы (9)

Запутанность преподносится как «активное звено» только потому, что большинство людей, в том числе авторы популярных (а иногда и непопулярных, по выражению Сидни Коулмана) книг и статей, не разбираются в квантовой механике. И они не понимают квантовую механику, потому что не хотят верить, что она в корне верна: они всегда хотят вообразить, что за всеми наблюдениями стоит какая-то классическая физика. Но нет ни одного.

Вы абсолютно правы в том, что в связи между запутанными частицами нет ничего активного. Запутанность — это просто корреляция , которая потенциально может влиять на все комбинации величин (которые выражаются в виде операторов, поэтому место для размера и типов корреляций больше, чем в классической физике). Однако во всех случаях в реальном мире корреляция между частицами происходила из их общего происхождения — некоторой близости, существовавшей в прошлом.

Люди часто говорят, что есть что-то «активное», потому что представляют, что существует реальный процесс, известный как «коллапс волновой функции». Измерение одной частицы в паре «вызывает» коллапс волновой функции, что «активно» влияет и на другую частицу. Первый наблюдатель, который измеряет первую частицу, успевает «схлопнуть» и другую частицу.

Эта картина, конечно, ущербна. Волновая функция не является настоящей волной.Это просто набор чисел, единственной способностью которых является предсказание вероятности явления, которое может произойти в какой-то момент в будущем. Волновая функция запоминает все корреляции, потому что для каждой комбинации измерений запутанных частиц квантовая механика предсказывает некоторую вероятность. Но все эти вероятности существуют и за мгновение до измерения. Когда вещи измеряются, один из результатов просто реализуется. Чтобы упростить наши рассуждения, мы можем забыть о возможностях, которых больше не будет, потому что мы уже знаем, что произошло с первой частицей. Но этот шаг, на котором первоначальные полные вероятности для второй частицы были заменены условными вероятностями, учитывающими известный исход, связанный с первой частицей, это всего лишь изменение нашего знания, а не отдаленное влияние одной частицы на другую. Никакая информация не может быть получена быстрее света с использованием запутанных частиц. Квантовая теория поля позволяет легко доказать, что информация не может распространяться через пространственные расстояния — быстрее света. Важным фактом в этом рассуждении является то, что результаты коррелированных измерений все же случайны — мы не можем заставить другую частицу измеряться «вверху» или «внизу» (и таким образом передавать информацию), потому чтоу нас нет этого контроля даже над нашей собственной частицей (даже в принципе: нет никаких скрытых переменных, результат действительно случаен в соответствии с вероятностями, предсказанными КМ).

Я рекомендую прекрасную лекцию покойного Сидни Коулмана «Квантовая механика в вашем лице», в которой обсуждался этот и другие концептуальные вопросы квантовой механики и вопрос, почему люди продолжают говорить о ней глупости:

http://motls.blogspot.com/2010/11/sidney-coleman-quantum-mechanics-in.html

"Но его нет" - вы когда-нибудь читали "Дорогу к реальности" Пенроуза?
Да, это одна из сотен неправильных популярных книг, написанных людьми, которые на самом деле не понимают квантовую механику, о которых я говорил.
Ваше объяснение имеет смысл, но есть много интерпретаций самой квантовой механики, верно? Из Википедии , к какой принадлежит ваше объяснение?
Это вопрос об основаниях самой квантовой механики, говоря небрежным расхожим языком, об интерпретациях. Сама фраза «интерпретация квантовой механики» сильно вводит в заблуждение. Как сказал бы Сидней Коулман и другие, если и нужно что-то интерпретировать, то это классическая физика, а не квантовая механика. Квантовая механика — это четко определенная теория, содержащая как динамические законы, так и их математику, а также правила, как связать их с наблюдениями, и ответ был о последнем. Здесь нет места расплывчатым оправданиям или «интерпретациям».
Я не знаю.. но ваш ответ, кажется, противоречит сам себе. если нет волшебной передачи информации и если результат действительно случаен, то в принципе должно быть возможно нарушить определенные законы сохранения, не так ли? (поскольку, насколько я могу судить, запутанность в основном связана с сохранением таких вещей, как угловой момент и т. д.)
Нет, легко доказать, что сохраняющиеся величины действительно сохраняются. Она сводится к нулевому коммутатору между ними и гамильтонианом. Ошибка, которую вы, вероятно, делаете, заключается в том, что вы вычисляете сохраняемую величину из наблюдаемых значений, например Икс , п и т. д. и предполагая, что это была энергия до этого и после этого. Но это не так. Сохраняющаяся величина в общем случае не коммутирует с наблюдаемыми, поэтому ее значение до и после эксперимента отличается от классической функции с подставленными измеренными значениями. Противоречия нет.
Другими словами, вы пытаетесь отрицать принцип неопределенности для измеряемых величин и сохраняющихся величин. В противном случае для углового момента двух фотонов закон сохранения углового момента и закона сохранения четности является тем самым инструментом, который позволяет нам вывести запутанное состояние!
«Запутанность — это просто корреляция», которая не соответствует теореме Белла.
+1 Отличный ответ. Это первое, что имеет смысл в квантовой запутанности.
Один вопрос: вы считаете, что эксперименты с неравенством Белла изначально ошибочны, или есть другое объяснение их результатов, не связанное с нелокальностью? (тогда это объяснение было бы нереалистичным, я полагаю?) Я имею в виду эксперименты, которые утверждают, что показали, что различные измерения спина запутанной частицы A показывают большую корреляцию с измерениями частицы B, когда они проводятся под определенными относительными углами ( хотя я до сих пор не понимаю, почему это отношение должно быть линейным согласно классической физике).
В этих экспериментах нет ничего ошибочного, и правильным объяснением действительно является квантовая механика: реализм в Природе неверен, а локальность верна.
@LubošMotl Спасибо за ссылку на видео с Сидни Коулман. Какая лекция, и анализ, который он представляет, полностью соответствует моему пониманию. Однако я не согласен с вашим утверждением здесь: «Волновая функция не является настоящей волной». Похоже, точка зрения СК заключалась в том, что нет ничего более реального, чем квантовые состояния.
Ваша точка зрения предвзята. Есть много правильных способов интерпретировать квантовую механику, но вы выбрали путь, говорящий, что вы знаете правильный путь, а все остальные ошибаются. Хотя, безусловно, есть много людей, которые не понимают квантовую механику, абсолютно верно, что существует множество математически и экспериментально обоснованных альтернативных теорий и научных интерпретаций. Сказать, что есть только один, просто неверно.
Существует только одна теория квантовой механики, и она четко определена. «Интерпретировать» означает описать, что теория требует знать, что она предсказывает и как. На все эти научно значимые вопросы в квантовой механике, как и в других теориях, даны однозначные ответы, и человек либо знает это, либо нет. Можно описывать предсказания на разных языках и/или разными математически эквивалентными картинками, формализмами или фокусами, но есть только одна теория - включая все правила, что наблюдаемо, что нет и т.д. - и отклоняться от этой истины означает быть неверным.
@LubošMotl, из твоего ответа я не понимаю, почему Эйнштейн назвал это «жутким действием на расстоянии». Может быть, тогда квантовая механика еще не была полноценной наукой, поэтому еще не было теории, объясняющей ее?
Эйнштейн назвал это «призрачным действием на расстоянии», потому что он не понимал, как работает квантовая механика, и всегда неявно и ошибочно предполагал, что фундаментальная теория должна быть классической. Корреляция в КМ происходит без какого-либо действия на расстоянии, в запутанности нет ничего сверхъестественного, так постоянно работает Природа, и КМ полностью совместима с локальностью, симметрией Лоренца и относительностью. Квантовая механика непротиворечива и полна , и это теория . Теории объясняют природу. Ничто другое не может объяснить такую ​​достаточно фундаментальную теорию, как КМ.
Ваше предположение о том, что «что-то еще должно объяснять квантовую механику», в значительной степени является той же ошибкой, которую совершил Эйнштейн, когда изобрел свою вводящую в заблуждение терминологию, и ее делают практически все другие люди, у которых есть какие-то психологические проблемы с квантовой механикой. Вы просто не желаете принять существенный, установленный научный факт о Природе, что самая фундаментальная теория, описывающая Природу, может быть чем-то иным, чем классическая теория, описывающая «объективное положение дел». Но фундаментальная теория Природы квантовая, т.е. неклассическая!
@LubošMotl, последнее «это» в моем предыдущем комментарии относилось к квантовой запутанности, а не к квантовой механике. Я понимаю, что КМ — это самодостаточная теория, ей не нужна другая теория, чтобы понять ее.
Уважаемый @GetFree, не имеет значения, представляло ли это «квантовую механику» или «квантовую запутанность». Последнее является лишь неизбежной вездесущей чертой первого. Почти все состояния в гильбертовом пространстве запутаны; почти все предсказания для пар величин почти во всех «составных» задачах КМ показывают энтг-подобные корреляции. Слово «запутанность» не было придумано до 1935 года, но предсказания квантовой механики , которые мы классифицируем сегодня как «следствия запутанности», были известны с 1927, если не с 25 года.
Когда вы говорите «эта вероятность реализована», проблема в том, что она реализована глобально для всей волновой функции. Следствием этого является то, что вы не можете передавать информацию таким образом, но однозначно то, что локальное применение гамильтониана взаимодействия изменит волновую функцию повсюду и нарушит когерентность согласно теореме Белла. Вы можете сказать «это не действие на расстоянии», и с точки зрения передачи сигнала вы были бы правы, но в формализме происходит что-то странное, если вы совсем не радикальный позитивист.
Дорогой Джерри, волновая функция не может быть "локализована по местам" простым способом. Волновая функция — это описание всего знания. Это не функция пространства, как поля являются функциями пространства. Для 2 частиц это функция обоих векторов р 1 а также р 2 . Так что бессмысленно говорить, что «волновая функция везде меняется». Важно то, меняются ли где-то наблюдаемые. И локальность QFT гарантирует, что их не будет. Более того, я употребил слово "реализовано" только после "исход", а не "вероятность", так что вы просто искажаете все, что я написал.
В квантовой теории поля вообще не происходит ничего странного или нелокального, и это можно явно, строго и точно доказать, исходя из фактического квантового формализма. Быть уверенным в том, что ничего странного или нелокального в КТП не происходит, означает понимать КТП полностью и без дефектов . Это не значит быть каким-то «радикальным позитивистом» или каким-то другим причудливым философским утверждением. Это совершенно острые физические вопросы в КТП, которые не имеют ничего общего с философией, пока человек остается ученым.
Активная ссылка связана с тем, что Белл показал, что корреляции не могут быть сделаны с уже существующими свойствами. Если это так, то в мысленном эксперименте Белла существует 2 ^ 3 = 8 возможных «непознаваемых» конфигураций. Он показал, что повторяющиеся эксперименты, различающие «непознаваемое» и «несуществующее», которые также показывают ваше сообщение в блоге о том, что «невежество и неуверенность являются синонимами», ошибочны. Он показал, что это не из-за незнания каких-то «непознаваемых» свойств. Он показал, что они не существуют до измерения. Сразу же следует жуткое действие, чтобы убедиться, что фотоны знают, что делать, поскольку оно не запланировано заранее.
Уважаемый Любош, я думаю, я понимаю ваше объяснение. Другие комментаторы, похоже, этого не понимают. Есть только один, Джерри Ширмер, который утверждает, что волновая функция должна быть изменена «везде», поскольку волновая функция имеет распределение вероятностей для всего пространства, и если она изменяется для одной частицы, волновая функция другой тоже должна измениться. , даже если они находятся в разных местах в пространстве. Но не могли бы вы рассказать мне что-нибудь об этом немного подробнее, и не могли бы вы объяснить, что говорит сам эксперимент в КМ и ЭПР, что мы измеряем сначала, а затем что?
Спасибо за это, я, наконец, ПОЧТИ понимаю. Теперь мне кажется, что если «Если Боб проведет измерение в направлении Y, измерения Алисы не будут коррелированы. Если Боб проведет измерение в направлении X (скорректированное), результаты будут коррелированы: Алиса всегда будет измерять противоположное вращение." Если Боб измеряет y, Алиса все равно должна измерить x, верно (вы сказали, что Алиса всегда измеряет x)? Так что тогда он будет некоррелированным (что будет, спин x и y будет некоррелированным?). Почему существует корреляция между спином x и y?
Я вообще не понимаю этой точки зрения. В частности, заявление о том, что «это всего лишь изменение наших знаний». Нет, это не так! мы знаем, что выбор экспериментатором того, что измерять на одном конце, обязательно влияет на результат эксперимента на другом конце. Должна существовать какая-то форма распространения информации, если только вы не верите в супердетерминизм. Точка зрения, что «ну, вот как работает QM», прекрасна, никто не спорит с этим, но эта конкретная часть далека от понимания, и кое-что здесь ждет своего понимания.
Уважаемый @elelias - не стыдно, что большинство дилетантов и даже многие из тех, кто не считает себя дилетантами, должны не понимать этих основных моментов квантовой механики. Волновая функция является сложным аналогом распределений вероятностей (на фазовых пространствах в классической физике). Это отражает неполное знание наблюдателя. Когда наблюдатель узнает что-то о результате измерения, знание увеличивается, и поэтому волновая функция тавтологически изменяется — коллапсирует. В нашем квантовом мире нет нелокальности или действия на расстоянии.
@Luboš Motl: Если это просто обновление знаний, то почему измерение, кажется, имеет физический эффект? В частности, если делать серийные измерения нужного типа на идентичных повторениях одного и того же эксперимента, то статистика конечного измерения может отличаться от случая отсутствия промежуточных измерений, как если бы коллапс "происходил на самом деле" ( и это будет работать даже если вы не будете "смотреть" их результаты и актуализировать СВОИ знания, а только зафиксируете финал)?
Таким образом, кажется, что измерение одновременно обновляет ваши знания и имеет физический эффект.
Уважаемый @The_Sympathizer - все физические эффекты закодированы в знаниях наблюдателя. Таким образом, обновление знаний и физическое изменение — это одно и то же . Как и миллионы других, вы полагаете, что «реальность» и «знание о реальности» — две разные вещи. Но в квантовой механике их просто нет. Единственный способ, которым реальность может иметь какие-то свойства, — это измерение реальности наблюдателем.
@Luboš Motl: Так как же тогда появляются «наблюдатели», если без них не было реальности - то есть до того, как люди или другие достаточно компетентные существа развились? Разве это не уменьшает возраст Вселенной с 13,8 миллиардов лет до гораздо меньшего значения?
Если говорить о периоде, в течение которого можно было воспринимать и обсуждать наблюдения и выводить управляющие ими законы Природы, то на самом деле это был лишь период намного короче 13,8 миллиарда лет — недавние периоды существования наблюдателя. Предыдущее предложение просто говорит, что когда существует наблюдатель, существует наблюдатель. Это тавтология. Вы сомневаетесь, что это правда? Спрашивая о "возвышении наблюдателей", вы совершенно упускаете суть.
Вы упускаете суть, потому что наблюдатель — это субъект, который наблюдает за миром, а не тот, на кого следует смотреть со стороны. Если на что-то смотрят со стороны, то оно не заслуживает в этой ситуации статуса наблюдателя. Вы запрограммированы настаивать на этом внешнем, «объективном» взгляде на Вселенную, но квантовая механика показывает, что это неправильно (хотя раньше в классической физике это было нормально). Правильна только точка зрения наблюдателя на мир, а наблюдения ограничены вероятностными законами квантовой механики.
@The_Sympathizer Наблюдателю не обязательно иметь способность понимать наблюдение. Например, атом, который трансмутируется из-за принятия нейтрона от спонтанного распада другого атома, будет «наблюдателем». Причина, по которой мы так много внимания уделяем людям-наблюдателям, заключается в том, что мы можем очень легко наблюдать и делиться своим опытом с другими людьми. И поскольку вся наука в конечном счете исходит из наблюдения (то есть запутанности с нашим окружением), она наиболее актуальна для науки. Но это не значит, что атомы не распадаются, если за ними не наблюдает человек :)
@Luboš Motl, другие - думаю, мне наконец удалось понять, что с этим происходит. Ключевой трюк заключается в том, что квантовая механика описывает, как вы говорите, точку зрения на Вселенную с точки зрения того, что я бы назвал активным, участвующим агентом, а не классическим «отдельным» наблюдателем. С философской точки зрения мы должны отказаться от обычного нормативного различия между субъектом и объектом, когда субъект является неким всевидящим «зрителем из ниоткуда», который отделен и независим от наблюдаемого объекта. (продолжение)
(продолжение) Агенты, однако, не обязательно являются людьми — вместо этого они представляют собой просто системы, которым мы можем приписать очень общий смысл «знания», например, «обладание информацией», и способные обрабатывать и хранить новую информацию, которую они извлекают из взаимодействия с другими системами. Как именно они это делают, не важно, а «агент» в теории — немножко фиктивная конструкция, как и «частицы» и все остальное: это научные модели. Информация агента моделируется волновой функцией, ψ (или, в более общем смысле, кет-вектор, | ψ ⟩ ). (продолжение)
(продолжение) Он описывает все физические параметры одновременно и взаимодополняюще. Количество информации, доступной для каждого параметра, в битах (или других информационных единицах) определяется инвертированной энтропией Шеннона для этого параметра. «Коллапс волновой функции» означает просто обновление информации поступающей новой информацией. Однако это также не означает, что получение информации является пассивным — тот факт, что эволюция «начинается заново» из коллапса волновой функции — или, по крайней мере, мы моделируем это как начинающееся оттуда, но оно определенно начинается с (продолжение)
(продолжение) что-то другое - и это наблюдается при последовательных запросах ("измерениях"), поскольку разница в статистике более поздних запросов в зависимости от того, присутствовали ли более ранние во многих повторных испытаниях, означает, что существует реальное физическое воздействие на систему. Более того, законы квантовой теории ограничивают эти эффекты, так что единственный способ их устранить — это получение агентом нулевой информации.
И поскольку агенты не обязательно являются людьми сами по себе, теория не является неприменимой для описания Вселенной до этого, но всякий раз, когда мы это делаем, мы предполагаем, что это точка зрения, по крайней мере , от какого -то фиктивного агента, который там присутствует . , а не вид "из ниоткуда".
И это также объясняет, почему, скажем, идея о декогеренции, согласно которой физически созданный агент эволюционирует только в суперпозицию состояний указателя, а не в уникальное: потому что представление физически созданного агента, которое мы описываем с помощью суперпозиция принадлежит какому-то ДРУГОМУ агенту, и суперпозиция здесь просто означает, что последний агент не уверен в состоянии первого агента.
Окончательный коллапс субъективен для второго агента, когда он взаимодействует с первым агентом и приобретает состояние указателя. Третий агент увидит, что тот же процесс суперпозиции повторяется для второго. Хитрость заключается в том, чтобы помнить, что каждый раз , когда мы вводим ψ -description мы также вводим еще одного агента , мы не выходим «за пределы» Вселенной. Теории множественности миров и другие теории представляют собой попытки восстановить такой «внешний» взгляд, и все они требуют каких-то компромиссов и, кроме того, не поддаются проверке, потому что мы не можем на самом деле добраться до этого внешнего.
А также, несмотря на то, что коллапс кажется «драматическим», получение состояния указателя от макроскопического другого агента на самом деле является лишь очень незначительным взаимодействием, измеряемым количеством битов, которые он получает, по сравнению с общим количеством битов для описания всего. макроскопический агент. Так что "коллапс" "кота Шредингера" на самом деле не так драматичен, как кажется на первый взгляд, просто наша интуиция подсказывает нам, что это что-то "жестокое".
Нет, @The_Sympathizer - это просто неправда, что квантовая механика использует термин «наблюдатель» только по глупым причинам. Применение законов квантовой механики зависит от существования наблюдений — сознательных наблюдений, если хотите. В классической физике наблюдателей можно исключить и сделать неактуальными, но в КМ это просто не так.
@Luboš Motl Итак, если для этого действительно требуется сознательный наблюдатель, то делает ли это технически бессмысленным говорить о времени во Вселенной, которое предшествовало сознательным наблюдателям, и, таким образом, нужно квалифицировать любой разговор о «13,8 миллиардах лет космической жизни». время" или "4,6 миллиарда лет истории Земли" и так далее?
Нет, это просто означает, что с научной точки зрения имеет смысл говорить о свойствах ранней Вселенной только в том виде, в каком они получены в результате реальных наблюдений, сделанных реальными наблюдателями, т.е. недавно. Эти свойства не имели особых значений «независимо от наблюдателей». Форма скоплений галактик, возникающая из-за квантовых флуктуаций во время инфляции, была неизвестна, и поэтому «ее конкретные значения» не существовали до наблюдения.
@Lubos Motl: Итак, если его буквально не существовало, то разумно ли говорить, что «истинный» возраст вселенной, измеряемый продолжительностью того, что на самом деле существует , на самом деле равен возрасту людей или даже человеческому сознанию. ?
Нет, истинный возраст Вселенной — это еще одна физическая величина, которая может быть — и действительно — реконструируется из измерений=наблюдений (скорости расширения галактик и прочего). Так что, если 5 миллиардов лет назад это не наблюдалось, это просто означает, что возраст Вселенной был неизвестен, а не то, что он был равен нулю.
Нельзя сказать, что Природа квантовая, т.е. неклассическая! Природа охватывает все аспекты самой себя, включая функции человеческого разума.
Это не позволяет использовать MWI, пилот-волну и некоторые другие детерминированные интерпретации, поэтому не должна ли какая-то часть быть неправильной? Допускает ли ваше использование вероятности базовый детерминистический сценарий, в котором вероятность существует только для местных наблюдателей? Это все последовательные интерпретации, и все же вы, кажется, знаете больше, чем все их сторонники?
Уважаемый Кусин, нет, физика не допускает MWI, пилотных волн или любого другого детерминированного сценария. Нет, это не «последовательные интерпретации». Они внутренне противоречивы и несовместимы с эмпирическими данными и общими принципами и моделями, извлеченными из этих данных.
Очень разочаровывающий ответ Любош, можете ли вы объяснить, как локальная нереалистичная статистическая модель может воспроизводить корреляции QM, которые нарушают то, что вы можете получить с локальной моделью?
Дорогой Джонни, цель науки - искать правильные ответы, а не "не разочаровывающие" ответы. Ваш вопрос эквивалентен вопросу «почему работает квантовая механика». Это просто так. Квантовая механика (в версиях, подобных квантовой теории поля) — локальная нереалистическая теория. Никакая реалистическая теория, будь то локальная или нелокальная, не может работать.

Я хочу завершить ответ @Luboš Motl, с чем я согласен. Я хочу сказать, почему люди продолжают совершать эту ошибку активной ссылки. Эта ошибка связана с одним из интереснейших свойств квантовой механики — теоремой Белла . Можно утверждать, что любая физическая теория является теорией скрытой переменной , причем скрытая переменная представляет собой описание состояния объекта, записанное описывающим его теоретиком. Для квантовой теории волновая функция объекта является скрытой переменной .

Теорема Белла утверждает, что предсказание квантовой теории не может быть описано какой-либо локальной теорией скрытых переменных. Точнее, для любого запутанного состояния можно найти набор измерений со статистикой, противоречащей любой теории локальных скрытых переменных. Три возможных объяснения:

  1. Природа не локальна: ваше физическое описание — это реальный физический объект, и между двумя запутанными частицами существует активная нелокальная связь.
  2. Природа нереалистична: ваше физическое состояние является лишь приближением и не имеет реального значения.
  3. Природа не квантовая.

(1) гораздо легче объяснить и часто появляется в популярной науке, главным образом потому, что (2) гораздо труднее объяснить и принять. Но я думаю, что большинство исследователей, работающих с запутанностью, предпочитают объяснение (2). Интуиция Эйнштейна равнялась 3 (до теоремы Белла), потому что он не мог принять (1) и (2).

Интересно, что оригинальная статья Эйнштейна 1936 года о парадоксе ЭПР была посвящена случаю, когда можно легко найти теорию локальной скрытой переменной. Состояние описывало то, что сейчас называется двухрежимным сжатым состоянием. Его функция Вигнера положительна и поэтому может быть интерпретирована как классическое распределение вероятностей по квадратурным измерениям (положение и импульс), единственное, обсуждаемое в статье ЭПР. Такой классический анализ запутанности может быть теоретически очень полезным и в некоторых случаях помочь интуиции без необходимости каких-либо жутких действий на расстоянии . Однако, как показал Белл, такая теория локальных скрытых переменных не может быть достаточно общей, чтобы охватить всю квантовую механику.

Точно, +1. ;-)
Это хороший ответ. Я думаю, особенно хорошо, что вы указываете, что, когда кто-то говорит вам отказаться от «местного реализма», правильный ответ — отказаться от части «реализма». В любом случае, это плохой выбор слова; реальный мир квантовый.
Это хороший ответ, просто придирки к одной вещи, не будучи точным, в (2) вы, кажется, говорите, что физическое состояние не имеет реального значения, потому что оно является лишь приблизительным, подразумевая исправимую техническую проблему. Может быть, стоит сказать, что это не имеет смысла, потому что содержит избыточную информацию? @ Мэтт, мне нравится твоя точка зрения, странно, что «реализм» в этих дебатах стал относиться к интуитивному, но в конечном итоге неправильному взгляду на мир, это все равно, что услышать о реализме флогистона. Хороший улов.
@Moshe: Действительно трудно быть точным в отношении (2), и я не знаю, каково истинное значение состояния...
До сих пор статьи Джой Кристиан, которые утверждают, что опровергают теорему Белла, пока только попали в раздел «Внешние ссылки» ссылки на Википедию.
Есть некоторые недавние разработки, которые предполагают, что квантовое состояние может быть реальным. Проверьте статьи Люсьена Харди и: PBR
+1 отличный ответ, но одна вещь меня озадачивает (особенно в сочетании с ответом @Luboš ): вы утверждаете, что волновая функция является нелокальной скрытой переменной, которая описывает вероятности для запутанных частиц, подразумевая, что акт измерения на самом деле не влияет на другую частицу, а просто распутывает наши знания о ее состоянии. Теперь, если это не локальная теория (не противоречащая теореме Белла), почему вы утверждаете, что нужно заключить, что природа нереалистична , а физическое состояние не имеет смысла ?
@LubošMotl Разве ты не имеешь в виду «Святые слова, Мэттман»?
Уважаемый г-н Гроссханс, было бы здорово узнать ваше мнение об этом недавнем посте о квантовом масштабировании и памяти. физика.stackexchange.com/questions/206492/…
Спасибо за это, я, наконец, ПОЧТИ понимаю. Теперь мне кажется, что если «Если Боб проведет измерение в направлении Y, измерения Алисы не будут коррелированы. Если Боб проведет измерение в направлении X (скорректированное), результаты будут коррелированы: Алиса всегда будет измерять противоположное вращение." Если Боб измеряет y, Алиса все равно должна измерить x, верно (вы сказали, что Алиса всегда измеряет x)? Так что тогда он будет некоррелированным (что будет, спин x и y будет некоррелированным?). Почему существует корреляция между спином x и y?
2 и 3 вроде одинаковые. Волновая функция как состояние системы является фундаментальным понятием в КМ. Сказать, что это только приближение и не совсем верно (2), значит сказать, что сама КМ является только приближением и не совсем верно (3)

На самом деле ваша точка зрения весьма близка к «официальной»; запутанность возникает только потому, что обе частицы описываются одной волновой функцией; магия заключается в нашей классической привычке думать, что отдельные объекты описываются отдельными «координатами».

+1 хорошо сказано. Я думаю, что основная проблема заключается в том, что квантовая механика до сих пор рассматривает несколько экземпляров частиц одного типа с разными волновыми функциями, в то время как квантовая теория поля устраняет большую часть этой путаницы.
@Tobias Kienzler: Это не помогает. Вы можете так же легко запутаться между неидентичными частицами. На самом деле достаточно широко разнесенных позиций, чтобы корреляции идентичных частиц работали одинаково.
@wnoise: правда, хотя я думаю , что можно описать QFT с помощью функционала, в котором различные поля частиц являются «координатами» (т. Е. Сами поля частиц являются «возбуждениями» в этом функционале)

Просто хороший аналог . Профессор Юрген Одретш однажды сказал мне:

Представьте, что дома вы не глядя засовываете в пальто одну перчатку (и замечаете, что это только одна из двух). Выйдя из поезда, вы замечаете, что холодно, и вытаскиваете эту единственную перчатку. В этот самый момент вы знаете, что это либо левая, либо правая перчатка, и, следовательно, вы знаете, какая из них осталась дома. Однако никакая информация не была передана вашим «измерением». Конечно, в квантовой механике это сложнее из-за не совсем измеримой волновой функции, но это основная идея.

Однако это немного сложнее, чем пример с перчаткой, потому что состояние запутанной квантовой системы неопределенно до тех пор, пока не будет произведено измерение, что приводит к более сильным корреляциям, чем можно наблюдать в чисто классической системе, такой как пара перчаток. Теорема Белла показывает, что квантовые системы могут коррелировать так, как не могут классические системы, и это действительно удивительный результат с точки зрения классической интуиции.
@Chad: Разве все не неопределенно, пока не будет произведено измерение? Если никто не проверит ни перчатку дома, ни перчатку в кармане, то так и останется неизвестным, какая именно у вас.
Квантовая неопределенность отличается от классической неопределенности типа «мы не знаем, какая перчатка у вас в кармане». Если вы засунете руку в карман и вытащите левую перчатку, вы можете быть уверены, что это была левая перчатка, когда вы ее туда положили, и она была левой перчаткой все время, пока вы ее не измерили. Это не относится к квантово-запутанным состояниям. Если вы считаете, что фотон имеет вертикальную поляризацию, это не означает, что он был вертикально поляризован, когда покидал источник — на самом деле он не мог быть вертикально поляризован, потому что это противоречило бы теореме Белла.
@Chad Orzel: это правда, я не хотел слишком вдаваться в подробности. Основная проблема в том, что наблюдатель до сих пор считается классической системой. В ответе Любоша есть подробности. По сути, это проблема куриного яйца, которую вы измеряете, измеряя себя, и поэтому воспринимаете, как ваша собственная волновая функция коллапсирует в состоянии измерения коллапсированного состояния... вроде того.
+1. Иногда точность — враг педагогики. В следующий раз, когда кто-нибудь спросит меня о подобных вещах на коктейльной вечеринке, я приведу именно эту аналогию. Все зависит от уровня аудитории.
@BenCrowell Спасибо, приятно слышать. Между прочим, заслуга принадлежит профессору Юргену Одречу.
Хотя я согласен с тем, что ответ Любоша лучше этого, мне интересно, почему за него проголосовали - есть предложения по улучшению?
Спасибо за это, я, наконец, ПОЧТИ понимаю. Теперь мне кажется, что если «Если Боб проведет измерение в направлении Y, измерения Алисы не будут коррелированы. Если Боб проведет измерение в направлении X (скорректированное), результаты будут коррелированы: Алиса всегда будет измерять противоположное вращение." Если Боб измеряет y, Алиса все равно должна измерить x, верно (вы сказали, что Алиса всегда измеряет x)? Так что тогда он будет некоррелированным (что будет, спин x и y будет некоррелированным?). Почему существует корреляция между спином x и y?
Это ужасная аналогия. Это предполагает, что запутанность — это просто классические корреляции, что является полным заблуждением.
@BenCrowell «В следующий раз, когда кто-то спросит меня о подобных вещах на коктейльной вечеринке, я приведу именно такую ​​аналогию». Не делай этого. Это неправильная аналогия, и она точно не отражает тип корреляций, которые делают квантовую механику и запутанность особенными.
@NorbertSchuch Ну, может быть, это не столько аналогия , сколько ложь детям для начала. Подумайте о шаге в лифте. Если бы это действительно было так просто, то не было бы многосеместровых лекций и целых исследовательских ответвлений...
@TobiasKienzler Во-первых, вы не должны лгать детям. Помимо этого, этот аргумент ничего не объясняет в квантовой физике, а только то, почему классические корреляции не связаны со сверхсветовыми. Дело не в этом в квантовой механике, но это может ввести людей в заблуждение, думая, что дело именно в этом.
@NorbertSchuch Вы не буквально «лжете» детям, но начинаете с сильного упрощения, чтобы подготовить их к деталям. Если ребенок спрашивает вас, почему вещи падают, вы не начинаете с общей теории относительности ;)
Ну, честно говоря, вы не указываете в своем ответе , что он объясняет. Что это объясняет?
Этот ответ действительно максимально неверен (как уже указывал Норберт). Лучше промолчать, чем сказать это. Кажется, что кто-то прочитал статью Белла о носках Бертлмана и вынес из нее анти-урок.

для меня неочевидно, почему активным звеном считается квантовая запутанность

Давайте пройдемся по частному варианту парадокса ЭПР. Вы, наверное, уже знаете это, но я не знаю, как объяснить проблему по-другому:

Рассмотрим источник, производящий запутанные пары фотонов, поляризованных в направлении z с нулевым суммарным спином, и двух физиков Алису и Боба, производящих измерения.

Алиса всегда измеряет спиновую составляющую своего фотона в направлении x, тогда как Боб может измерять спиновую составляющую своего фотона либо в x-, либо в y-направлении.

Предположим, что источник, Алиса и Боб покоятся относительно лабораторной системы отсчета, но Боб находится ближе к источнику и производит измерение первым. Если Боб произведет измерение в направлении Y, измерения Алисы не будут коррелированы. Если Боб произведет измерение в направлении x (с поправкой), результаты будут коррелированы: Алиса всегда будет измерять противоположное вращение.

Это парадоксально, если вы предполагаете, что коллапс волновой функции реален и локален, как бы он ни происходил (магия, декогеренция, стохастические взаимодействия или что-то еще, что вас не устраивает).

Каким-то образом фотон Боба должен сказать своему партнеру, что он может делать все, что захочет, если измерение было проведено в направлении y, но заставить его поступать правильно, если измерение было выполнено в направлении x. Эта информация должна распространяться быстрее света, чтобы она была доступна до того, как Алиса проведет измерение.

Есть несколько возможных выходов из этой ситуации, и я перечислю три из них:

Во-первых, вы можете утверждать, что коллапса никогда не было, что мы имеем дело только со статистической корреляцией, а парадокс является результатом применения классической интуиции к квантовым системам.

Во-вторых, вы можете предположить, что жуткое действие на расстоянии симметрично во времени, т. е. измерения Алисы и Боба будут посылать информацию медленнее света, но в обратном направлении во времени, пока не достигнет события, вызвавшего запутанность, которое, в свою очередь, отправит информация вперед во времени. Фотоны всегда будут знать, какое вращение им нужно в итоге. Псевдо-время, которое я использовал в своем объяснении, — всего лишь дидактический инструмент: физический процесс — это вневременное вмешательство в пространство-время.

В-третьих, вы можете признать, что действительно существуют сверхсветовые взаимодействия, которые, однако, нельзя использовать для передачи информации — они являются внутренним бухгалтерским механизмом, который поддерживает синхронизацию Вселенной. То же самое происходит и в квантовой теории поля, что становится явным, если вы используете картину виртуальной частицы, но даже без нее существуют корреляции между возбуждениями поля через пространственно-подобное разделение.

Можете ли вы подтвердить, что все x, y и z здесь соответствуют задуманному? Потому что "Если Боб проведет измерение в направлении z" - это то место, где я теряюсь...
Спасибо за это, я, наконец, ПОЧТИ понимаю. Теперь мне кажется, что если «Если Боб проведет измерение в направлении Y, измерения Алисы не будут коррелированы. Если Боб проведет измерение в направлении X (скорректированное), результаты будут коррелированы: Алиса всегда будет измерять противоположное вращение." Если Боб измеряет y, Алиса все равно должна измерить x, верно (вы сказали, что Алиса всегда измеряет x)? Так что тогда он будет некоррелированным (что будет, спин x и y будет некоррелированным?). Почему существует корреляция между спином x и y?
@ ÁrpádSzendrei - если вы почти понимаете, то вы должны быть близки к НЕ пониманию. Нет шаблона, за который ум мог бы ухватиться.
«мы просто имеем дело со статистической корреляцией». Нарушение неравенства Белла показывает, что никакой статистической корреляции быть не может.

Не совсем ясно, являются ли случаи 1, 2 и 3 исчерпывающими. В дискуссиях об этом явлении используется множество терминов, которые не имеют точного определения. Например, «частица» и «система». Если есть запутанность, то есть одна комбинированная система, и неправильно называть эту комбинированную систему «двумя частицами».

Комментарий о реализме и приближении также неточен: все положения и данные в классической физике тоже приблизительны, это не имеет ничего общего с различием между классической и квантовой или различием между использованием гамильтоновой системы, состояния которой являются точками, заданными импульсом и положением. координат и используя гамильтонову систему, точки которой являются лучами в гильбертовом пространстве.

Комментарий о запутанности, происходящей только из смежности в прошлом, неточен, и даже если он верен, он ничего не доказывает. не имеет практического значения.

Комментарии людей здесь касаются важного вопроса о том, является ли волновая функция объективной или субъективной. Точка зрения, согласно которой вероятности представляют наши знания, называется «байесовской» точкой зрения, это байесовская или субъективная интерпретация вероятности, в отличие от «объективной точки зрения», которая имеет некоторые проблемы. Но у байесовской точки зрения также есть проблемы, поскольку вы связываете квантовую механику с сознанием, а не с материальными измерительными приборами, такими как счетчики Гейгера и пузырьковые камеры.

Так что другой ответ на ваш вопрос таков: люди предпочитают говорить об активной связи, потому что они не могут принять субъективную интерпретацию вероятности и волновой функции. Существует множество современных исследований, изучающих квантовые измерения как реальный физический процесс, включающий термодинамические пределы неустойчивых систем с отрицательной температурой (пузырьковые камеры и т. д.).

Другими словами:

  1. Альтернатива 1 неявно предполагает, что в объединенной системе есть «две частицы», но это, вероятно, заблуждение: квантовая механика на самом деле не признает никакого точного понятия частицы. Как и в термодинамических пределах, понятие «частица» является полезным приближением в определенном диапазоне настроек и теряет силу и приводит к парадоксам, если вы пытаетесь использовать его вне пределов его применимости.

  2. Альтернатива 2 неявно предполагает, что если что-то вроде волновой функции может быть измерено только приблизительно, то оно каким-то образом не является «физическим», но это чрезмерно упрощенно и беспокоит людей из-за кажущейся необходимости приплетать субъективную байесовскую точку зрения.

  3. Альтернатива 3, по крайней мере, настолько открыта, что к ней нельзя придраться, но и для нее нет ни малейшего экспериментального подтверждения. Единственные проблемы с QM носят логический, а не экспериментальный характер.

Следовательно, если кто-то ставит под сомнение неявные предположения, сделанные о небрежном использовании таких понятий, как «частица», «система» и «вероятность», то существует гораздо больше альтернатив, и окончательный ответ — «нет».

Я думаю, что лучшая картина для понимания этой корреляции дается многомировой интерпретацией:

Синглет распадается в суперпозиции связанных пар частиц | + ⟩ А | − ⟩ Б + | − ⟩ А | + ⟩ Б , поэтому наблюдатель А видит простую суперпозицию | + ⟩ + | − ⟩ (что является частичным следом глобальной матрицы плотности), как и B.

В многомировой интерпретации наблюдатель А будет разделен на + и − наблюдатель (как и наблюдатель B). Где же проявится эффект корреляции?

Эффект «связывания» возникает, когда наблюдатель A и наблюдатель B соединяются вместе на субсветовых скоростях, чтобы сравнить записи своих измерений: (помните, что согласно множеству миров у нас есть два наблюдателя A и два наблюдателя B).

Наблюдатель A+ не может взаимодействовать с наблюдателем B+ из-за сохранения углового момента (иначе они оба согласятся, что угловой момент не сохраняется). Точно так же наблюдатель A- не может взаимодействовать с наблюдателем B- по той же причине.

Итак, оставшиеся взаимодействия между наблюдателями:

  • А+ взаимодействует с В-

  • А- взаимодействует с В+

поэтому конечное состояние является суперпозицией | + ⟩ А | − ⟩ Б а также | − ⟩ А | + ⟩ Б , что интерпретируется как «корреляция между удаленными наблюдениями».

Это неправильно. Частичный след над Б из р знак равно | Ψ ⟩ ⟨ Ψ | , за | Ψ ⟩ знак равно ( | + − ⟩ + | − + ⟩ ) / 2 , является полностью смешанным состоянием, которое представляет собой вероятностную смесь с равномерным весом (а не суперпозицию) состояний A | + ⟩ а также | − ⟩ .

каждый раз утверждается, что измерение одной частицы влияет на другую

Да, это правильно. Когда измеряется одна из частиц, это фиксирует состояние этой частицы и ее партнера.

измерение запутывания влияет на обе частицы таким образом, что делает их состояния идентичными, хотя и неизвестными.

Это неправильно. Частицы запутываются перед измерением. Измерение делает состояние частицы известным. После измерения мы обнаруживаем, что определено не только состояние частицы, но и ее партнеров. Невозможно измерить одно из них, не повлияв на другое. Состояния после измерения не обязательно идентичны. Измерение запутанных частиц дает случайные результаты, не соответствующие ожидаемому их поведению.

волшебная мгновенная модификация удаленной запутанной частицы

Запутанная частица не модифицируется мгновенно. Он будет находиться в одном из своих возможных состояний после измерения.

Квантовая запутанность считается активным звеном, потому что состояние обеих частиц становится определенным, когда измеряется только одна.

какие проблемы связаны с этим представлением?

«Кажется», что прикосновение к одной частице касается другой, не касаясь ее!

Попробуем разобраться через Sock Physics. Предположим, у вас есть два носка, которые подчиняются законам классической физики и они разного цвета, теперь вы берете один из них, не зная, и оставляете один из них дома, не зная, какой вы взяли. Потом, когда вы оказались на другой планете, вы решили поискать. Вы обнаружите, что он зеленый, и можете сделать вывод, что другой носок должен быть синим. Почему ? Потому что это классическая физика. Вы знаете, что классическая физика, следуя за объектами, ведет себя так по опыту классической физики .

Теперь предположим, что есть два перепутанных носка, которые подчиняются законам квантовой физики. Вы измерили одно и могли сделать вывод о другом из-за их запутанной природы. Почему ? Потому что они подчиняются квантовым законам. Квантовые законы странны, но они говорят вам о том, что произошло. Все дерьмо с передачей информации придет, если вы попытаетесь понять квантовые законы через классическую картину. В квантовых законах у вас также есть передача информации. Оказывается, здесь он не нужен.

А остальное понятно из ответа Любоша Мотля. Почему волновая функция не является настоящей волной и, следовательно, в некоторых случаях может двигаться быстрее света, а в некоторых нет. Ваши настоящие частицы не могут двигаться быстрее света, и эволюция волновой функции будет автоматически регулироваться в соответствии с заданными для этого ограничениями в КТП, а не в нерелятивистской квантовой механике.

Почему квантовая запутанность считается активной связью между частицами?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v