Квантовая запутанность — это физическое явление, которое возникает, когда группа частиц генерируется, взаимодействует или находится в пространственной близости таким образом, что квантовое состояние каждой частицы группы не может быть описано независимо от состояния других, в том числе когда частицы разделены большим расстоянием. Тема квантовой запутанности лежит в основе несоответствия между классической и квантовой физикой : запутанность является основным свойством квантовой механики, отсутствующим в классической механике.
Измерения физических свойств , таких как положение , импульс , спин и поляризация , выполненные на запутанных частицах, в некоторых случаях могут оказаться полностью коррелированными . Например, если генерируется пара запутанных частиц, и известно, что их общий спин равен нулю, и обнаружено, что одна частица имеет вращение по часовой стрелке на первой оси, то спин другой частицы, измеренный на той же оси, оказывается против часовой стрелки. Однако такое поведение порождает, казалось бы, парадоксальные эффекты: любое измерение свойств частицы приводит к необратимому коллапсу волновой функции .этой частицы и изменяет исходное квантовое состояние. В случае запутанных частиц такие измерения влияют на запутанную систему в целом.
Такие явления были предметом статьи 1935 года Альберта Эйнштейна , Бориса Подольского и Натана Розена [ 1] и нескольких статей Эрвина Шредингера вскоре после этого [2] [3] , описывающих то, что стало известно как парадокс ЭПР . Эйнштейн и другие считали такое поведение невозможным, так как оно нарушало взгляд локального реализма на причинность (Эйнштейн называл его «призрачным действием на расстоянии ») [4] и утверждал, что общепринятая формулировка квантовой механики , следовательно, должна быть неполной.
Однако позже контринтуитивные предсказания квантовой механики были проверены [5] [6] [7] в тестах, где поляризация или спин запутанных частиц измерялись в отдельных местах, статистически нарушая неравенство Белла . В более ранних тестах нельзя было исключить, что результат в одной точке мог незаметно передаваться в удаленную точку, влияя на результат во второй точке. [7] Тем не менее, были проведены так называемые тесты Белла «без лазеек», когда места были достаточно разделены, чтобы связь со скоростью света заняла больше времени — в одном случае в 10 000 раз больше — чем интервал между измерениями. . [6] [5]
Согласно некоторым интерпретациям квантовой механики , эффект от одного измерения возникает мгновенно. Другие интерпретации, которые не признают коллапс волновой функции , оспаривают существование какого-либо «эффекта». Однако все интерпретации сходятся во мнении, что запутанность создает корреляцию между измерениями и что взаимная информация между запутанными частицами может быть использована, но любая передача информации на сверхсветовых скоростях невозможна. [8] [9]
Квантовая запутанность была продемонстрирована экспериментально с фотонами [ 10] [11] нейтрино [ 12] электронами [ 13] [14] молекулами размером с бакибол [ 15] [16] и даже маленькими алмазами. [17] [18] Использование запутанности в коммуникации , вычислениях и квантовом радаре является очень активной областью исследований и разработок.