Hologramme und Verschränkung: „Beobachtet“ die Aufzeichnung eines verschränkten Signals in einem Hologramm den verschränkten Zustand?

Angenommen, ich habe zwei Photonen$A$Und$B$, die verstrickt sind.

Wie mir erklärt wurde, funktioniert die Verschränkung ungefähr so:

Ich beobachte oder messe$A$, und finde$A=S_a$, Wo$S_a$ist irgendein Zustand.

Als nächstes messe ich$B$auf die gleiche Weise, und finden$B = S_a$sowie.

Wenn ich jedoch zum Maß zurückkehre$A$im Augenblick nach dem Messen$B$, Ich werde feststellen, dass der Zustand$A$ist wieder stochastisch geworden.

So wie ich es verstehe, funktioniert die quantenbasierte Verschlüsselung wie folgt: Ich verschränke eine Reihe von Photonen miteinander in einer Eins-zu-Eins-Korrespondenz, so dass$\mathbf{A}$Und$\mathbf{B}$bestehen aus Photonen auf beiden Seiten der Korrespondenz, und$f(\mathbf{A}): \mathbf{A} \rightarrow \mathbf{B}$zusammen mit$f^{-1}$definiert die Verschränkung.

Ich beobachte alle Photonen in$\mathbf{A}$, und schicke alle Photonen hinein$\mathbf{A}$Und$\mathbf{B}$folgendermaßen:$\mathbf{A}$vorangeht$\mathbf{B}$.

Wenn jemand die Nachricht erhält, liest er zuerst die Zustände der aus$A$-seitige Photonen, und beobachten Sie dann die$B$seitliche Photonen. Da der verstrickte globale Zustand zu diesem Zeitpunkt noch existiert, werden sie eine Korrelation (ich glaube nicht, dass sie nach der Übertragung perfekt sein wird, aber eher statistisch signifikant) zwischen den beobachten$\mathbf{A}$Seite und die$\mathbf{B}$seitliche Photonen.

Allerdings unter Hinweis auf den Zustand der$\mathbf{B}$Seitenphotonen werden den globalen verschränkten Zustand und die Korrelation dazwischen zusammenbrechen lassen$\mathbf{A}$Seite und$\mathbf{B}$Seitenphotonen verschwinden für den nächsten Beobachter.

Wenn man also die Nachricht abfängt, weiß der beabsichtigte Empfänger, ob sie abgefangen wurde – dies gilt anscheinend sogar für Kopien der Informationen.

Die Frage lautet wie folgt: Angenommen, ich teile das Signal und leite es durch einen Doppelspalt (als Ersatz für alles, was tatsächlich bei einer optischen Fourier-Transformation geschieht) oder einen anderen Mechanismus, um das Signal von einem kohärenten Zustand in eine gebeugte Welle umzuwandeln Zustand (zusammengedrückt).

Als nächstes zeichne ich das Signal in einem Hologramm auf, das unmittelbar hinter dem Gerät platziert ist, das die optische Fourier-Transformation durchführt (wie in der Antwort hier erklärt ).

Da eine optische Fourier-Transformation möglich und umkehrbar ist, muss (?) der im Hologramm gespeicherte Zustand ein Wellenzustand sein, im Gegensatz zu einem Teilchenzustand.

Dann warte ich ein oder zwei Wochen und spiele die aufgezeichnete Nachricht mit dem genauen Wellenzustand der ursprünglichen verschränkten Header ab, die durch die Transformation erhalten geblieben sind, und versuche, sie zu entschlüsseln.

Wurde der Verschlüsselungsheader, der das Abfangen erkennt, umgangen?

Oder bricht die Aufzeichnung der Daten im Hologramm die Verschränkung zusammen?

Als Follow-up (und bereit, eine neue Frage zu posten): Wenn die Verschränkung zusammenbricht, würde es nicht eine physische Veränderung im Hologramm geben, die Energie erfordern würde, um sie zu erreichen?

Wenn andererseits die Aufzeichnung im Hologramm als Beobachtung zählt und es nie einen kollabierenden Zustand geben muss, wird dann die Invertierbarkeit der optischen Fourier-Transformation in Frage gestellt?

Oder ist das Hologramm in der Lage, eine Kopie des verschränkten Zustands zu erstellen, ohne ihn zu zerstören?

(Kurz gesagt: Welches Pferd gewinnt?)

Später hinzugefügt (Wird in Kürze neu organisiert und in die Frage als Ganzes integriert; auf einem Mobiltelefon)

Eine gute Referenz ist das No-Cloning-Theorem , das erklärt, wie kein randomisierter Quantenzustand kopiert werden kann. Der Begriff „Theorem“ im Zusammenhang mit einem Modell zur Beschreibung der physikalischen Realität ist jedoch nicht gut.

Theoreme beruhen letztlich nur auf Axiomen. Die Behauptung impliziert also, dass es Axiome (Überzeugungen) im wissenschaftlichen Modell „Quantentheorie“ gibt, und das scheint seltsam.

Und so lautet meine Frage: Ist ein Hologramm ein Medium, das ein Randfall für das No-Cloning-„Theorem“ sein könnte?

Und die Begründung ist folgende:

Ein Doppelspalt beugt einfallendes Licht, es sei denn, mindestens die Hälfte davon wird auf einem individuellen Photonenniveau unmittelbar hinter dem Doppelspalt gemessen, woraufhin keine Beugung auftritt. — Aus diesem Grund nehme ich an, dass der Doppelspalt allein einen verschränkten Zustand nicht stört

Als nächstes kann ein Hologramm auf einer einzelnen Photonenebene die Ausgabe eines Doppelspalts perfekt aufzeichnen, ohne die Beugung zu zerstören (Antwort oben angegeben); dies ist eine bekannte Eigenschaft, die in der analogen optischen Verarbeitung für nützliche Aufgaben verwendet wird.

Darüber hinaus kann das Hologramm verwendet werden, um das einfallende Signal durch einen Doppelspalt „zeitumzukehren“, so dass eine I-gestörte Beugung eine kohärente Ausgabe erzeugt – Aus diesem Grund nehme ich an, dass das Hologramm alles aufzeichnet, was darauf eingefallen ist, ohne seinen Wellenzustand zu stören

Willkürlich verwerfe ich die Idee eines „Theorems“ im Bereich einer physikalischen „Theorie“ – sie hat nur das Gewicht der Mathematik und beruht auf dem „Glauben“, dass das zugrunde liegende Modell korrekt ist: dh die Autorität der Mathematik Theoreme beruhen absolut auf angenommenen Axiomen, während die Autorität einer physikalischen Theorie auf Induktion in Bezug auf experimentelle Ergebnisse beruht, und so kann ein Modell eine Theorie sein, aber es kann nur Postulate hervorbringen; es ist nicht deklarativ in Bezug auf die Realität (was ein mathematisches Theorem ist). Mit anderen Worten: Die Lebensmittel kommen nicht aus dem Supermarkt.

Schließlich sind die Informationen darüber, wie die Quantenschlüssel in einem Quantenkryptografie-Setup verteilt sind, durch popwissenschaftliche Vereinfachungen sehr verschleiert, aber ich verstehe, dass die Erkennung, ob ein Schlüssel beobachtet wurde, mehr oder weniger aus der Zustandsübertragung und dem No-Cloning-Theorem folgt .

Oben habe ich ein einfaches Beispiel beschrieben, wie es funktionieren könnte.

Ohne mit Referenzen und Recherchen zu formell zu werden: Lassen Sie uns in Bezug auf die Zustandsübertragung darauf vertrauen, dass dies zumindest in Bezug auf QuBits und auch Photonen geschieht (aufgrund der Nicht-Klon-Eigenschaft: Der gemischte Zustand ist der einzige Zustand , es gibt nicht mehr als ein Ergebnis, wenn man es sich ansieht$A$, Dann$B$), da die Quelle dazu ein echter Experte auf diesem Gebiet ist.

Als Antwort auf die Antwort von S. McGrew

Nehmen wir an, wir lockern die "Magie" der "Verschränkung" auf den einfachen Fall einer Markov-Kettenkopplung: zwei stochastische Prozesse, wenn sie gezwungen sind, für einen ausreichenden Zeitraum (gemessen in Zustandsübergängen) auf genau dieselbe Weise von Zustand zu Zustand überzugehen bewirken, dass beide stochastischen Prozesse den gleichen globalen Zustand haben.

Ausreichende Zeitspanne Die Anzahl der Zustandsübergänge, die erforderlich ist, um ein bestimmtes System vollständig zu koppeln

Sobald Photon A mit Photon B gekoppelt ist, werden Photon A und B im Laufe der Zeit denselben stochastischen Zustand teilen, wenn quantenmechanische Zustandsübergänge deterministisch, aber mit Wahrscheinlichkeit approximierbar sind.

Dies verursacht ein beobachtetes "Verschränkungselement". Die Kopplung ist jedoch sehr empfindlich, und jede Wechselwirkung mit dem zugrunde liegenden Zustand des Photons wird die Übergangswahrscheinlichkeiten zum Zeitpunkt der Untersuchung so modifizieren, dass A fortan nicht länger mit B gekoppelt ist.

Dann, zu einem bestimmten Zeitpunkt entfernt von der Messung von A, messen wir B und beobachten, dass B den gleichen Zustand wie A hatte (es war gekoppelt und es gab keine Zustandsübergänge in B, seit A gemessen wurde).

Allerdings haben wir B und A nicht exakt gleich gemessen , sodass A und B nach der Messung von beiden nicht mehr gekoppelt sind.

Jede "Beobachtung" bricht notwendigerweise die Verschränkung, indem sie einen Zustandsübergang in A verursacht, der statistisch unabhängig von B ist.

Um mit dem No-Copy-Theorem fertig zu werden, bezweifle ich nicht, dass es viele experimentelle Beweise für diese Eigenschaft gibt, die ich nicht gelesen habe, also belasse ich es bei: experimentelle Beweise auf dieser Größenskala können möglicherweise kein Negativ beweisen, und ich ziehe es an Ich sehe es nicht als Grund, nicht etwas Einfaches wie die Markov-Kette zu versuchen, um das beobachtete Verhalten zu erklären.

Mit diesem Modell der Verschränkung als Kopplung (anstelle von Teleportation oder gruseliger Fernwirkung) scheint es sehr gut möglich, eine Quantenschlüsselverteilung durch die Verwendung von Hologrammen, die gebeugte Signale aufzeichnen (dh Aufzeichnung der optischen Fourier-Transformation), in der Mitte zu bemannen ).