Kvantmehaanikas on takerdumine nähtus, kus kaks või enam osakest seotakse nii, et ühe osakese olekut ei saa teiste olekust sõltumatult kirjeldada isegi siis, kui neid eraldavad suured vahemaad. See nähtus on pakkunud suurt huvi selle mitteklassikalise olemuse ja selle rakenduste tõttu kvantteabe töötlemisel.
Kui me räägime kvantolekute eraldamisest nende superpositsioonides tensorkorrutise suhtes, siis sisuliselt arutleme selle üle, kas osakesi on võimalik eraldada ja kirjeldada nende olekuid eraldi, üksteisest sõltumatult. Selle kontseptsiooni mõistmiseks peame süvenema kvantmehaanika matemaatilisse raamistikku ja tensorprodukti formalismi.
Kvantmehaanikas kirjeldab süsteemi olekut kompleksvektor Hilberti ruumis. Kui kaks süsteemi on põimunud, kirjeldatakse nende ühist olekut ühe vektoriga Hilberti liitruumis, mis saadakse süsteemide üksikute Hilberti ruumide tensorkorrutise võtmisel. Matemaatiliselt, kui meil on kaks süsteemi A ja B, mille olekud on vastavalt |ψ⟩ ja |φ⟩, saadakse liitsüsteemi lüli põimumata olek |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
Siinkohal tuleb märkida, et põimunud olekut |Ψ⟩ ei saa arvesse võtta süsteemide A ja B üksikute olekute hulka. See tähendab, et üksikute süsteemide omadused ei ole üksteisest sõltumatult täpselt määratletud. Põimunud olekus on korrelatsioonid, mis on tugevamad kui mis tahes klassikalised korrelatsioonid ja mida ei saa seletada kohalike varjatud muutujate teooriatega.
Nüüd, tulles tagasi küsimuse juurde takerdunud olekute eraldamise kohta nende superpositsioonides tensorkorrutise abil, on oluline mõista, et takerdunud olek ise on üksikute süsteemide erinevate olekute superpositsioon. Kui teeme ühe takerdunud osakese mõõtmisi, kukub teise osakese olek silmapilkselt kindlasse olekusse, isegi kui need kaks osakest on üksteisest kaugel. Seda hetkelist kokkuvarisemist tuntakse kvantmittelokaalsusena ja see on takerdumise tunnus.
Seetõttu ei saa tensorkorrutise formalismi kontekstis segatud olekuid lahutada koostisosade süsteemide üksikuteks superpositsioonideks. Põimumine püsib ka siis, kui takerdunud osakesed on eraldatud ja ühe osakese mõõtmine mõjutab teise osakese olekut silmapilkselt. See mittelokaalne korrelatsioon on põimumise põhiaspekt ja eristab seda klassikalistest korrelatsioonidest.
Selle kontseptsiooni illustreerimiseks vaadake kuulsat näidet EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoksist, kus kaks takerdunud osakest valmistatakse sellises olekus, et nende spinnid on korrelatsioonis. Kui mõõdetakse ühe osakese spinni teatud suunas, määratakse teise osakese spinn hetkega, sõltumata nendevahelisest kaugusest. See hetkeline korrelatsioon trotsib klassikalist intuitsiooni ja toob esile takerdumise mittekohaliku olemuse.
Kvantpõimunud olekuid ei saa tensorkorrutise suhtes superpositsioonides eraldada. Komposiitsüsteemi takerdunud olek on mittefaktoreeritav olek, millel on takerdunud osakeste vahel mittelokaalsed korrelatsioonid. See mittelokaalne korrelatsioon on takerdumise põhitunnus ja mängib olulist rolli mitmesugustes kvantteabe töötlemise ülesannetes.
Muud hiljutised küsimused ja vastused selle kohta EITC/QI/QIF kvantteabe alused:
- Kuidas kvanteituse värav (kvant EI või Pauli-X värav) töötab?
- Miks on Hadamardi värav isepööratav?
- Kui mõõta Belli oleku 1. kubitit teatud baasis ja seejärel mõõta 2. kubitit teatud nurga teeta võrra pööratud baasis, on tõenäosus, et saate vastava vektori projektsiooni, võrdub teeta siinuse ruuduga?
- Mitu bitti klassikalist teavet oleks vaja suvalise kubiti superpositsiooni oleku kirjeldamiseks?
- Mitme mõõtme ruum on 3 kubitit?
- Kas kubiidi mõõtmine hävitab selle kvantsuperpositsiooni?
- Kas kvantväravatel võib sarnaselt klassikalistel väravatel olla rohkem sisendeid kui väljundeid?
- Kas kvantväravate universaalsesse perekonda kuuluvad CNOT värav ja Hadamardi värav?
- Mis on kahe piluga katse?
- Kas polariseeriva filtri pööramine on samaväärne footonite polarisatsiooni mõõtmise aluse muutmisega?
Vaadake rohkem küsimusi ja vastuseid jaotisest EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals
Veel küsimusi ja vastuseid:
- Väli: Kvantteave
- programm: EITC/QI/QIF kvantteabe alused (minge sertifitseerimisprogrammi)
- Õppetund: Kvantide sidumine (minge seotud õppetundi)
- Teema: Sissetungimine (minge seotud teema juurde)