Kan et sammensat kvantesystem i en sammenfiltret tilstand i sig selv beskrives som en normaliseret tilstand?
I kvantemekanikken, når to eller flere partikler bliver viklet ind, er deres kvantetilstande indbyrdes afhængige og kan ikke beskrives uafhængigt. Entanglement er et grundlæggende træk ved kvantemekanikken, der fører til korrelationer mellem partikler, der er stærkere end hvad der er tilladt i klassisk fysik. Når et sammensat kvantesystem er i en sammenfiltret tilstand, har de enkelte dele af systemet ikke veldefinerede tilstande alene. Det betyder, at det sammensatte systems tilstand ikke kan skrives som et simpelt produkt af tilstandene i dets individuelle dele.
I forbindelse med normaliserede tilstande er det vigtigt at bemærke, at den samlede tilstand af et sammensat kvantesystem altid skal normaliseres. Normalisering sikrer, at den samlede sandsynlighed for at finde systemet i enhver mulig tilstand er lig med én.
Men når et sammensat kvantesystem er i en sammenfiltret tilstand, kan de enkelte dele af systemet ikke beskrives som normaliserede tilstande i sig selv. Dette skyldes, at systemets sammenfiltrede tilstand er en superposition af forskellige tilstande af de enkelte dele, og disse tilstande kan ikke adskilles.
For at illustrere dette koncept, lad os overveje et simpelt eksempel, der involverer to sammenfiltrede partikler. Antag, at vi har et par sammenfiltrede partikler i en spin-singlet-tilstand, såsom Bell-tilstanden:
|Ψ⟩ = (|↑⟩⨂|↓⟩ – |↓⟩⨂|↑⟩)/√2,
hvor |↑⟩ og |↓⟩ repræsenterer henholdsvis spin-up og spin-down tilstande af en partikel. I denne sammenfiltrede tilstand er de to partiklers spin korreleret på en sådan måde, at måling af spin af en partikel øjeblikkeligt bestemmer spin af den anden partikel, uanset afstanden mellem dem. Det er klart fra dette eksempel, at de enkelte partikler ikke har veldefinerede spin-tilstande alene, og deres tilstande kan ikke beskrives uafhængigt.
Entanglement spiller en vigtig rolle i forskellige kvanteinformationsbehandlingsopgaver, såsom kvanteteleportation, kvantekryptografi og kvanteberegning. At forstå sammenfiltring er afgørende for at udnytte kraften i kvanteteknologier og udforske det fulde potentiale af kvanteinformationsvidenskab.
Et sammensat kvantesystem i en sammenfiltret tilstand kan beskrives alene (som helhed skal normaliseres), men det kan ikke beskrives ved normaliserede tilstande af dets individuelle dele. Sammenfiltring fører til korrelationer mellem partikler, der trodser klassisk intuition og fremhæver kvantemekanikkens unikke natur.
Andre seneste spørgsmål og svar vedr EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals:
- Hvad var dobbeltspalteeksperimentets historie, og hvordan hænger det sammen med bølgemekanik og kvantemekanikkens udvikling?
- Er amplituder af kvantetilstande altid reelle tal?
- Hvordan fungerer quantum negation gate (quantum NOT eller Pauli-X gate)?
- Hvorfor er Hadamard-porten selvvendbar?
- Hvis du måler den første qubit af Bell-tilstanden i en bestemt basis og derefter måler den anden qubit i en basis roteret med en bestemt vinkel theta, er sandsynligheden for, at du opnår projektion til den tilsvarende vektor, lig med kvadratet af sinus af theta?
- Hvor mange stykker af klassisk information ville være nødvendige for at beskrive tilstanden af en vilkårlig qubit-superposition?
- Hvor mange dimensioner har et rum på 3 qubits?
- Vil målingen af en qubit ødelægge dens kvantesuperposition?
- Kan kvanteporte have flere input end output på samme måde som klassiske porte?
- Inkluderer den universelle familie af kvanteporte CNOT-porten og Hadamard-porten?
Se flere spørgsmål og svar i EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals