Kvantinėje mechanikoje susipynimas yra reiškinys, kai dvi ar daugiau dalelių susijungia taip, kad vienos dalelės būsena negali būti apibūdinta nepriklausomai nuo kitų, net kai jas skiria dideli atstumai. Šis reiškinys sulaukė didelio susidomėjimo dėl jo neklasikinio pobūdžio ir pritaikymo kvantinės informacijos apdorojimui.
Kai kalbame apie kvantinių būsenų atskyrimą jų superpozicijoje tenzoriaus sandaugoje, iš esmės diskutuojame, ar įmanoma atskirti daleles ir apibūdinti jų būsenas atskirai, nepriklausomai viena nuo kitos. Norėdami suprasti šią sąvoką, turime įsigilinti į kvantinės mechanikos matematinę sistemą ir tenzorinio sandaugos formalizmą.
Kvantinėje mechanikoje sistemos būsena apibūdinama kompleksiniu vektoriumi Hilberto erdvėje. Kai dvi sistemos yra susipynusios, jų jungtinė būsena aprašoma vienu vektoriumi sudėtinėje Hilberto erdvėje, gaunamoje paimant atskirų sistemų Hilberto erdvių tenzorinę sandaugą. Matematiškai, jei turime dvi sistemas A ir B, kurių būsenos atitinkamai |ψ⟩ ir |φ⟩, sudėtinės sistemos jungtis neįsipainiojusi būsena pateikiama pagal formulę |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
Svarbiausia atkreipti dėmesį į tai, kad susipynusios būsenos |Ψ⟩ negali būti įtrauktos į atskiras sistemų A ir B būsenas. Tai reiškia, kad atskirų sistemų savybės nėra tiksliai apibrėžtos nepriklausomai viena nuo kitos. Susipainiojusi būsena pasižymi koreliacijomis, kurios yra stipresnės nei bet kokios klasikinės koreliacijos ir negali būti paaiškintos vietinėmis paslėptų kintamųjų teorijomis.
Dabar, grįžtant prie klausimo apie įsipainiojusių būsenų atskyrimą jų superpozicijose naudojant tenzorinį sandaugą, svarbu suprasti, kad pati įsipainiojusi būsena yra skirtingų atskirų sistemų būsenų superpozicija. Kai atliekame vienos iš įsipainiojusių dalelių matavimus, kitos dalelės būsena akimirksniu žlunga iki nustatytos būsenos, net jei dvi dalelės yra toli viena nuo kitos. Šis momentinis žlugimas yra žinomas kaip kvantinis nelokalumas ir yra įsipainiojimo požymis.
Todėl tenzorinio sandaugos formalizmo kontekste susipainiojusios būsenos negali būti atskirtos į atskiras sudedamųjų sistemų superpozicijas. Susipynimas išlieka net tada, kai įsipainiojusios dalelės yra atskirtos, o vienos dalelės matavimas akimirksniu paveikia kitos dalelės būklę. Ši nelokalinė koreliacija yra pagrindinis įsipainiojimo aspektas ir išskiria jį nuo klasikinių koreliacijų.
Norėdami iliustruoti šią koncepciją, apsvarstykite garsųjį EPR (Einšteino-Podolskio-Roseno) paradokso pavyzdį, kai dvi susipynusios dalelės paruošiamos tokioje būsenoje, kad jų sukimai yra koreliuojami. Matuojant vienos dalelės sukimąsi tam tikra kryptimi, kitos dalelės sukimasis nustatomas akimirksniu, nepriklausomai nuo atstumo tarp jų. Ši momentinė koreliacija prieštarauja klasikinei intuicijai ir pabrėžia nevietinį įsipainiojimo pobūdį.
Kvantinės susipynusios būsenos negali būti atskirtos jų superpozicijose, atsižvelgiant į tenzorinį sandaugą. Sudėtinės sistemos įsipainiojusi būsena yra nefaktorizuojama būsena, kuri tarp įsipainiojusių dalelių rodo nevietines koreliacijas. Ši nevietinė koreliacija yra pagrindinis įsipainiojimo bruožas ir atlieka lemiamą vaidmenį atliekant įvairias kvantinės informacijos apdorojimo užduotis.
Kiti naujausi klausimai ir atsakymai apie EITC/QI/QIF kvantinės informacijos pagrindai:
- Kaip veikia kvantinio neigimo vartai (quantum NOT arba Pauli-X vartai)?
- Kodėl Hadamardo vartai yra savaime grįžtami?
- Jei išmatuosite 1-ąjį varpo būsenos kubitą tam tikru pagrindu, o paskui išmatuosite 2-ąjį kubitą bazėje, pasuktoje tam tikru kampu teta, tikimybė, kad gausite projekciją į atitinkamą vektorių, yra lygi teta sinuso kvadratui?
- Kiek klasikinės informacijos bitų reikėtų norint aprašyti savavališkos kubito superpozicijos būseną?
- Kiek matmenų turi 3 kubitų erdvę?
- Ar kubito matavimas sunaikins jo kvantinę superpoziciją?
- Ar kvantiniai vartai gali turėti daugiau įėjimų nei išėjimų, kaip ir klasikiniai vartai?
- Ar universalioje kvantinių vartų šeimoje yra CNOT vartai ir Hadamardo vartai?
- Kas yra dvigubo plyšio eksperimentas?
- Ar poliarizuojančio filtro sukimas prilygsta fotonų poliarizacijos matavimo pagrindo keitimui?
Peržiūrėkite daugiau klausimų ir atsakymų EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals