Kvanteforviklinger i fysikk

Hva det betyr når to partikler er sammenfiltret

Kreditt: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images

Kvanteforviklinger er et av de sentrale prinsippene for kvantefysikk , selv om det også er sterkt misforstått. Kort fortalt betyr kvantesammenfiltring at flere partikler er koblet sammen på en måte slik at målingen av en partikkels kvantetilstand bestemmer de mulige kvantetilstandene til de andre partiklene. Denne forbindelsen er ikke avhengig av plasseringen av partiklene i rommet. Selv om du skiller sammenfiltrede partikler med milliarder av miles, vil endring av en partikkel indusere en endring i den andre. Selv om kvantesammenfiltring ser ut til å overføre informasjon øyeblikkelig, bryter det faktisk ikke med den klassiske lyshastigheten fordi det ikke er noen 'bevegelse' gjennom rommet.

Det klassiske kvanteforviklingseksemplet

Det klassiske eksemplet på kvanteforviklinger kalles EPJ paradoks . I en forenklet versjon av dette tilfellet bør du vurdere en partikkel med kvantespinn 0 som forfaller til to nye partikler, partikkel A og partikkel B. Partikkel A og partikkel B går i motsatte retninger. Imidlertid hadde den opprinnelige partikkelen et kvantespinn på 0. Hver av de nye partiklene har et kvantespinn på 1/2, men fordi de må legge sammen til 0, er en +1/2 og en er -1/2.

Dette forholdet betyr at de to partiklene er sammenfiltret. Når du måler spinnet til partikkel A, har denne målingen en innvirkning på de mulige resultatene du kan få når du måler spinnet til partikkel B. Og dette er ikke bare en interessant teoretisk prediksjon, men har blitt verifisert eksperimentelt gjennom tester av Bells teorem .

En viktig ting å huske er at i kvantefysikk er den opprinnelige usikkerheten om partikkelens kvantetilstand ikke bare mangel på kunnskap. En grunnleggende egenskap ved kvanteteorien er at partikkelen egentlig før målehandlingen ikke har en bestemt tilstand, men er i en superposisjon av alle mulige tilstander. Dette er best modellert av det klassiske kvantefysiske tankeeksperimentet, Schroedingers katt , hvor en kvantemekanikk-tilnærming resulterer i en uobservert katt som er både levende og død samtidig.

Universets bølgefunksjon

En måte å tolke ting på er å betrakte hele universet som én enkelt bølgefunksjon. I denne representasjonen vil denne 'universets bølgefunksjon' inneholde et begrep som definerer kvantetilstanden til hver partikkel. Det er denne tilnærmingen som åpner døren for påstander om at 'alt henger sammen', som ofte blir manipulert (enten med vilje eller gjennom ærlig forvirring) for å ende opp med ting som fysikkfeil i Hemmeligheten .

Selv om denne tolkningen betyr at kvantetilstanden til hver partikkel i universet påvirker bølgefunksjonen til hver annen partikkel, gjør den det på en måte som bare er matematisk. Det er egentlig ingen slags eksperiment som noen gang – selv i prinsippet – kan oppdage effekten på ett sted som dukker opp på et annet sted.

Praktiske anvendelser av Quantum Entanglement

Selv om kvanteforviklinger virker som bisarr science fiction, finnes det allerede praktiske anvendelser av konseptet. Den brukes til dypromskommunikasjon og kryptografi. For eksempel demonstrerte NASAs Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer (LADEE) hvordan kvanteforviklinger kan brukes til å laste opp og laste ned informasjon mellom romfartøyet og en bakkebasert mottaker.

Redigert avAnne Marie Helmenstine, Ph.D.