În mecanica cuantică, întricarea este un fenomen în care două sau mai multe particule devin conectate în așa fel încât starea unei particule nu poate fi descrisă independent de starea celorlalte, chiar și atunci când sunt separate de distanțe mari. Acest fenomen a constituit un subiect de mare interes datorită naturii sale neclasice și a aplicațiilor sale în procesarea informațiilor cuantice.
Când vorbim despre separarea stărilor cuantice în suprapozițiile lor în ceea ce privește produsul tensor, discutăm în esență dacă este posibil să se separe particulele și să le descriem stările individual, independent una de cealaltă. Pentru a înțelege acest concept, trebuie să ne adâncim în cadrul matematic al mecanicii cuantice și în formalismul produsului tensor.
În mecanica cuantică, starea unui sistem este descrisă de un vector complex într-un spațiu Hilbert. Când două sisteme sunt încurcate, starea lor de îmbinare este descrisă de un singur vector într-un spațiu Hilbert compus, obținut prin luarea produsului tensor al spațiilor Hilbert individuale ale sistemelor. Din punct de vedere matematic, dacă avem două sisteme A și B cu stările |ψ⟩ și respectiv |φ⟩, starea comună neîncurcată a sistemului compozit este dată de |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
Punctul cheie de remarcat aici este că starea încurcată |Ψ⟩ nu poate fi luată în considerare în stări individuale pentru sistemele A și B. Aceasta înseamnă că proprietățile sistemelor individuale nu sunt bine definite independent unele de altele. Starea încurcată prezintă corelații care sunt mai puternice decât orice corelații clasice și nu pot fi explicate prin teoriile variabilelor ascunse locale.
Acum, revenind la problema separării stărilor încurcate în suprapozițiile lor folosind produsul tensor, este important să înțelegem că starea încâlcită în sine este o suprapunere a diferitelor stări ale sistemelor individuale. Când efectuăm măsurători pe una dintre particulele încurcate, starea celeilalte particule se prăbușește instantaneu la o stare definită, chiar dacă cele două particule sunt îndepărtate. Acest colaps instantaneu este cunoscut sub numele de non-localitate cuantică și este un semn distinctiv al încurcăturii.
Prin urmare, în contextul formalismului produsului tensor, stările încurcate nu pot fi separate în suprapoziții individuale pentru sistemele constitutive. Încurcarea persistă chiar și atunci când particulele încurcate sunt separate, iar măsurarea unei particule afectează instantaneu starea celeilalte particule. Această corelație non-locală este un aspect fundamental al încurcăturii și o deosebește de corelațiile clasice.
Pentru a ilustra acest concept, luați în considerare celebrul exemplu al paradoxului EPR (Einstein-Podolsky-Rosen), în care două particule încurcate sunt pregătite într-o stare astfel încât spinurile lor sunt corelate. Când spin-ul unei particule este măsurat pe o anumită direcție, spin-ul celeilalte particule este determinat instantaneu, indiferent de distanța dintre ele. Această corelație instantanee sfidează intuiția clasică și evidențiază natura non-locală a încurcăturii.
Stările încurcate cuantice nu pot fi separate în suprapozițiile lor în ceea ce privește produsul tensor. Starea încurcată a unui sistem compozit este o stare nefactorizabilă care prezintă corelații nelocale între particulele încurcate. Această corelație non-locală este o trăsătură fundamentală a încurcăturii și joacă un rol crucial în diferite sarcini de procesare a informațiilor cuantice.
Alte întrebări și răspunsuri recente cu privire la Fundamentele informațiilor cuantice EITC/QI/QIF:
- Cum funcționează poarta de negație cuantică (cuantică NOT sau poarta Pauli-X)?
- De ce este poarta Hadamard autoreversibilă?
- Dacă măsurați primul qubit al stării Bell într-o anumită bază și apoi măsurați al 1-lea qubit într-o bază rotită cu un anumit unghi teta, probabilitatea ca veți obține proiecția la vectorul corespunzător este egală cu pătratul sinusului teta?
- Câți biți de informații clasice ar fi necesari pentru a descrie starea unei suprapuneri arbitrare de qubit?
- Câte dimensiuni are un spațiu de 3 qubiți?
- Măsurarea unui qubit va distruge suprapunerea sa cuantică?
- Pot porțile cuantice să aibă mai multe intrări decât ieșiri în mod similar cu porțile clasice?
- Familia universală de porți cuantice include poarta CNOT și poarta Hadamard?
- Ce este un experiment cu dublă fante?
- Este rotirea unui filtru polarizant echivalent cu schimbarea bazei de măsurare a polarizării fotonului?
Vedeți mai multe întrebări și răspunsuri în EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals