In kwantummeganika is verstrengeling 'n verskynsel waar twee of meer deeltjies op so 'n manier verbind word dat die toestand van een deeltjie nie onafhanklik van die toestand van die ander beskryf kan word nie, selfs wanneer hulle deur groot afstande geskei word. Hierdie verskynsel was 'n onderwerp van groot belangstelling vanweë die nie-klassieke aard daarvan en die toepassings daarvan in die verwerking van kwantuminligting.
Wanneer ons praat oor kwantumtoestande wat geskei word in hul superposisies met betrekking tot die tensorproduk, bespreek ons in wese of dit moontlik is om die deeltjies te skei en hul toestande individueel, onafhanklik van mekaar te beskryf. Om hierdie konsep te verstaan, moet ons in die wiskundige raamwerk van kwantummeganika en die tensorprodukformalisme delf.
In kwantummeganika word die toestand van 'n sisteem beskryf deur 'n komplekse vektor in 'n Hilbert-ruimte. Wanneer twee sisteme verstrengel is, word hul gesamentlike toestand beskryf deur 'n enkele vektor in 'n saamgestelde Hilbert-ruimte wat verkry word deur die tensorproduk van die individuele Hilbert-ruimtes van die sisteme te neem. Wiskundig, as ons twee stelsels A en B met toestande |ψ⟩ en |φ⟩ onderskeidelik het, word die gesamentlike nie-verstrengelde toestand van die saamgestelde stelsel gegee deur |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
Die sleutelpunt om hier op te let is dat die verstrengelde toestand |Ψ⟩ nie in individuele toestande vir stelsels A en B in berekening gebring kan word nie. Dit beteken dat die eienskappe van die individuele stelsels nie onafhanklik van mekaar goed gedefinieer is nie. Die verstrengelde toestand vertoon korrelasies wat sterker is as enige klassieke korrelasies en kan nie deur plaaslike versteekte veranderlike teorieë verklaar word nie.
Nou, om terug te kom na die vraag oor die skeiding van verstrengelde toestande in hul superposisies deur die tensorproduk te gebruik, is dit belangrik om te verstaan dat die verstrengelde toestand self 'n superposisie van verskillende toestande van die individuele sisteme is. Wanneer ons metings op een van die verstrengelde deeltjies uitvoer, stort die toestand van die ander deeltjie oombliklik in tot 'n definitiewe toestand, selfs al is die twee deeltjies ver uitmekaar. Hierdie oombliklike ineenstorting staan bekend as kwantum-nie-lokaliteit en is 'n kenmerk van verstrengeling.
Daarom, in die konteks van die tensorproduk-formalisme, kan verstrengelde toestande nie in individuele superposisies vir die samestellende sisteme geskei word nie. Die verstrengeling duur voort selfs wanneer die verstrengelde deeltjies geskei word, en die meting van een deeltjie beïnvloed die toestand van die ander deeltjie oombliklik. Hierdie nie-plaaslike korrelasie is 'n fundamentele aspek van verstrengeling en onderskei dit van klassieke korrelasies.
Om hierdie konsep te illustreer, oorweeg die bekende voorbeeld van die EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoks, waar twee verstrengelde deeltjies voorberei word in 'n toestand sodanig dat hul spins gekorreleer is. Wanneer die spin van een deeltjie in 'n sekere rigting gemeet word, word die spin van die ander deeltjie onmiddellik bepaal, ongeag die afstand tussen hulle. Hierdie oombliklike korrelasie weerspreek klassieke intuïsie en beklemtoon die nie-plaaslike aard van verstrengeling.
Kwantumverstrengelde toestande kan nie geskei word in hul superposisies met betrekking tot die tensorproduk nie. Die verstrengelde toestand van 'n saamgestelde sisteem is 'n nie-faktoriseerbare toestand wat nie-plaaslike korrelasies tussen die verstrengelde deeltjies vertoon. Hierdie nie-plaaslike korrelasie is 'n fundamentele kenmerk van verstrengeling en speel 'n deurslaggewende rol in verskeie kwantuminligtingverwerkingstake.
Ander onlangse vrae en antwoorde t.o.v EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals:
- Hoe werk die kwantum-ontkenningshek (quantum NOT of Pauli-X-hek)?
- Hoekom is die Hadamard-hek self-omkeerbaar?
- As die 1ste kwbit van die Bell-toestand op 'n sekere basis meet en dan die 2de kwbit meet in 'n basis wat deur 'n sekere hoek theta geroteer word, is die waarskynlikheid dat jy projeksie na die ooreenstemmende vektor sal verkry gelyk aan die sinuskwadraat van theta?
- Hoeveel stukkies klassieke inligting sal nodig wees om die toestand van 'n arbitrêre kwbit-superposisie te beskryf?
- Hoeveel afmetings het 'n spasie van 3 qubits?
- Sal die meting van 'n qubit sy kwantum superposisie vernietig?
- Kan kwantumhekke meer insette as uitsette hê op soortgelyke wyse as klassieke hekke?
- Sluit die universele familie van kwantumhekke die CNOT-hek en die Hadamard-hek in?
- Wat is 'n dubbelspleet eksperiment?
- Is die rotasie van 'n polariserende filter gelykstaande aan die verandering van die fotonpolarisasiemetingsbasis?
Sien meer vrae en antwoorde in EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals