Зачем нужно было проводить эксперименты, чтобы доказать квантовую запутанность?

Даже для вещей, которые кажутся очень ясными из теории, вам захочется их проверить. Ты спросил

Я имею в виду, чего они ожидали --- ожидали ли они, что состояния частиц не будут в корреляции? Как бы они это объяснили?

Ну, конечно, они ожидали запутывания. Но обнаружить, что этого НЕТ, было бы огромным событием — в квантовую механику нужно было внести поправки! Какой бы разумной ни была теория, она должна быть предметом экспериментальной проверки во всех аспектах.

Точно так же большинство физиков на протяжении десятилетий были убеждены, что бозон Хиггса должен существовать, и до сих пор мы строим все более масштабные эксперименты в его поисках, поскольку, если бы мы НЕ нашли бозон Хиггса, нам пришлось бы переосмыслить большую часть того, что мы знаем. о физике элементарных частиц.

Чего вы, похоже, не поняли из статьи, так это того, что мысленный ЭПР-эксперимент на самом деле сделал предсказание: он предсказал, что внутри квантовых систем существуют более сильные корреляции, чем в любой возможной классической системе или любой теории локальных скрытых переменных. «Жуткое действие на расстоянии» просто не соответствует классической интуиции. Не читайте слишком много (ниже я прокомментирую больше), давайте сначала рассмотрим более сильные корреляции:

Эта мысль (о том, что двудольные квантовые состояния могут демонстрировать более сильные корреляции, чем это возможно в классическом понимании) не очень хорошо представлена ​​в статье по ЭПР — и я считаю, что это одна из причин, по которой экспериментаторы игнорировали ее на протяжении десятилетий. Но другие люди, в первую очередь, возможно Белл, вывели уравнения, которые справедливы для любой классической системы, но не справедливы для некоторых запутанных состояний — самый простой пример — CHSH-неравенство . Это проверяемая величина: вы можете создавать состояния и проверять, нарушают ли они это неравенство, и если они нарушают, то это признак истинно квантового явления.

Но зачем пытаться показывать это явление за сотни километров? Нескольких метров должно быть достаточно, не так ли? Чтобы показать существование этого явления, нескольких метров, безусловно, было бы более чем достаточно. Предприятие по созданию запутанных пар на все больших и больших расстояниях, которое было опробовано только недавно и связано с уже связанным с протоколом квантовой телепортации : пока невозможно передать неизвестное квантовое состояние с помощью измерений и классической связи (например, телефонные звонки) , его можно передать с помощью запутанных состояний. Это открывает возможности для криптографии и передачи информации, но для этого вам понадобятся запутанные состояния на больших расстояниях.

А как насчет жуткого действия на расстоянии и как это не противоречит теории относительности, которая не допускает мгновенной передачи информации? В статье ЭПР очень много внимания уделялось этому «жуткому действию на расстоянии», но это всего лишь термин, вытекающий из классической интуиции. Запутанные состояния не могут передавать информацию быстрее света (см. несколько потоков по этой теме здесь, есть математический отчет, например здесь: Выбор основы измерения для одной половины запутанного состояния влияет на другую половину. Можно ли это использовать для связи быстрее, чем свет? ).

Мысленный эксперимент на самом деле не эксперимент, а идея. Наука требует, чтобы люди могли проверять идеи с помощью воспроизводимых экспериментов. Не могу воспроизвести мысль "эксперимент".

Воспроизводимый физический эксперимент производит физические наблюдения. См. « Эмпирические исследования ».

И вы все равно не можете передавать информацию через запутанность. Так что мой вопрос снова: почему эксперименты?

Я думаю, вы обнаружите, что технология важна в общении . Квантовая криптография — это способ отправки защищенных сообщений, например, с помощью запутанных фотонов, используемых для отправки ключа. Если фотоны перехватываются между отправителем и получателем, то фотоны теряются, и информация никогда не достигает получателя. Отправитель и получатель могут сказать, что что-то не так. Если отправитель и получатель успешно обмениваются данными, они могут быть уверены, что никто не сможет их подслушать. Уникальная информация, передаваемая между отправителем и получателем, может позволить им, например, совместно использовать закрытый ключ и безопасно общаться. Подробности можно прочитать здесь и здесь .

Итак... невозможно общаться, напрямую организуя серию квантовых состояний для отправки из одного места в другое, но можно безопасно отправлять информацию в виде случайной последовательности информации из одного места в другое, что затем может использоваться отправителем и получателем для безопасного общения.

Я не уверен, насколько люди думали о квантовой криптографии, когда начинали эти эксперименты, но в результате этой работы появился интересный побочный продукт.

(надеюсь, что статья из Википедии, ссылка на которую приведена выше, окажется полезной)

Эксперименты были не проверкой запутанности как таковой, а проверкой неравенства Белла .

Дж. С. Белл на основе предположений, которые казались простыми и очевидно правильными, доказал результат, несовместимый с квантовой механикой. Многие люди считали, что QM должен быть правильным и, следовательно, что-то не так с предположениями (хотя было неясно, что именно). Другие считали вполне правдоподобным, что предположения были правильными, а QM на самом деле мог ошибаться. Аргументы обеих сторон были достаточно хороши, чтобы решить вопрос экспериментальным путем.

Я не согласен с принятым ответом, который в основном просто говорит: «Мы должны все проверить». Мы не можем протестировать все, потому что у нас нет бесконечных ресурсов. Самый основной критерий, которому должен удовлетворять любой предлагаемый эксперимент, прежде чем мы его финансируем, заключается в том, что у него могут быть как минимум два разных исхода. ОП поставил под сомнение смысл проведения теста ЭПР на этой основе, и я думаю, что они были правы, сделав это. До теоремы Белла в «тесте на запутанность» действительно не было смысла, потому что никто (даже ЭПР) не придумал причины полагать, что результат любого конкретного эксперимента будет чем-то отличным от того, что предсказывала КМ. ЭПР утверждал, что КМ был неполным, но не знал, как более полная теория отличалась бы в своих предсказаниях.

ЭПР может показаться мысленным экспериментом, но он был преобразован в реальный физический эксперимент, особенно физиком Аленом Аспектом.

Вы говорите, что квантовая физика дает странный вывод, что она находится в неудобном положении, или что «философия квантовой механики» находится под сомнением. Именно поэтому так важно действительно проводить «тревожные» эксперименты.

Многие люди недовольны квантовой физикой, потому что ей не хватает объяснения, совместимого со здравым смыслом. Это дает некоторые идеи, такие как теория Бройля-Бома, которые не очень успешны. Они могут надеяться, что квантовая теория будет заменена другой теорией, лучшей и понятной вам.

Дело в том, что результаты эксперимента Алена Аспекта — это факты. Если другая теория должна заменить квантовую механику, она должна объяснить эти факты. Так что эта новая теория будет иметь некоторую странность.

Другими словами, эти эксперименты показывают, что квантовая теория не причудлива: причудлив мир. Однако это странно, только если вы хотите придерживаться здравого смысла, который мы унаследовали от наших предков-охотников-собирателей, мы можем довольно хорошо понять его с помощью современной физики.

О философских следствиях квантовой физики я прочитал и рекомендую эту книгу Бернара д'Эспаньи «Завуалированная реальность: анализ концепций квантовой механики». (Я только сожалею, что эта книга не анализирует теорию Эверетта, а также другие концепции.)