Ist "Verschränkung" einzigartig für Quantensysteme?

Sie haben Recht, dass die Beschreibung einer klassischen Wahrscheinlichkeitsverteilung eines gemeinsamen Systems erfordert$kl$Parameter. Es gibt in diesem Sinne zwar einen Unterschied zwischen klassischen und Quantensystemen, aber er ist subtiler.

Jede klassische Wahrscheinlichkeitsverteilung kann als probabilistisches Gemisch deterministischer Zustände beschrieben werden. Für diese deterministischen Zustände (Extrempunkte des Raums der Wahrscheinlichkeitsdichten) kann die Beschreibungskomplexität eines gemeinsamen Systems beschrieben werden durch$k+l$Bits an Informationen.

Jede Quantendichtematrix kann als probabilistisches Gemisch reiner Zustände beschrieben werden. Für diese reinen Zustände (Extrempunkte der Dichtematrizen) bedarf es der Beschreibung$kl$Parameter.

Somit können klassische probabilistische Systeme in Form von Wahrscheinlichkeitsverteilungen über grundlegendere Objekte beschrieben werden: deterministische Zustände. Diese deterministischen Zustände erfordern nur$k+l$Parameter.

Quantengemischte Zustände (das Quantenanalog der Wahrscheinlichkeitsverteilungen) können auch als Wahrscheinlichkeitsverteilungen über grundlegendere Objekte beschrieben werden: reine Zustände. Allerdings erfordern diese reinen Zustände nun$kl$Parameter.

Ist "Verschränkung" einzigartig für Quantensysteme?

Ja, eindeutig. Wie durch Bells Ungleichung veranschaulicht, gibt es bei der Verschränkung einen superluminalen Aspekt, der experimentelle Ergebnisse erzeugt, die nicht vollständig durch die Verwendung irgendeiner Kombination vollständig klassischer Mechanismen erreicht werden können. Die „Hidden Variable“-Modelle der Quantenverschränkung sind nur eine weitere Möglichkeit, die Frage zu stellen: „Ist Verschränkung tatsächlich eine gewöhnliche bedingte Wahrscheinlichkeit, bei der bestimmte Variablen für keine bekannte Form von Experimenten zugänglich sind?“

Klingeln der Glocke

Bis John Bell seine berühmte Ungleichung entwickelt hat, hat niemand eine Möglichkeit, diese Idee im Labor zu testen. Ironischerweise war Bell – der ein starker Befürworter von Einsteins Ansichten zur Quantenmechanik war – für ein Ergebnis der verborgenen Variablen, obwohl sein Name jetzt fast allgemein mit dem Beweis des gegenteiligen Falls in Verbindung gebracht wird.

Bells Ungleichung ermöglichte es, solide experimentelle Beweise dafür zu sammeln, ob verborgene Variablen und damit gewöhnliche bedingte Wahrscheinlichkeiten ausreichten, um Quantenverhalten zu erklären. Das experimentelle Ergebnis, das inzwischen tatsächlich sehr solide ist, ist, dass keine Kombination verborgener Variablen die Korrelationsspektren erzeugen kann, die bei der Quantenverschränkung beobachtet werden. Insbesondere wenn Sie ein Ende eines verschränkten Paares analysiert haben (z. B. verschränkte Spinpolarisationen), wird die Wellenfunktion, die das andere verschränkte Ende dieses Paares darstellt, "sofort" mit Informationen über die Bandbreite möglicher Optionen aktualisiert, die ihr offen stehen, wenn sie darin ist wiederum analysiert. Diese Aktualisierungen sind die Quelle der Ungleichung in Bells Gleichung.

Bruch "jetzt"

Die Natur dieses Verstrickungs-fähigen „Updates“ ist ziemlich merkwürdig.

Bei traditionellen bedingten Wahrscheinlichkeiten ist ein Ereignis, das ein korreliertes Paar erzeugt – z. B. zwei Pfeile, die auf einer Skala entgegengesetzt zeigen, um die Erkennungspolarisationen mit 100%iger Sicherheit anzuzeigen – ein Ereignis, das bereits stattgefunden hat und nicht gelöscht werden kann. Folglich ist niemals eine Übertragung irgendeiner Art von Information zwischen den Mitgliedern des Paares erforderlich; beide enthalten einfach "versteckte Pfeile", die sich in echte Wahrscheinlichkeitskurven übersetzen, wenn sie unter Verwendung der lokalen Einstellung eines Detektors analysiert werden.

Obwohl die Verschränkung normalerweise als sofortiges „Zurücksetzen“ des entfernten Mitglieds des Paares erklärt wird, gibt es tatsächlich einen einfacheren und selbstkonsistenteren Weg, um zu verstehen, was vor sich geht. Der erste und kritischste Punkt ist folgender: Ein quantenverschränktes Paar ist per Definition eines, das nirgendwo im Universum Informationen darüber hinterlassen hat, wie genau sein ursprüngliches Verschränkungsereignis stattgefunden hat. Das ist für ein Quantenszenario unvermeidlich, da dieser Aspekt des Experiments in dem Moment, in dem solche Informationen vorliegen, klassisch wird und nicht mehr den Quantenregeln folgt.

Denken Sie jetzt einen Moment darüber nach. Ich bin weder leichtfertig noch metaphorisch, wenn ich diese Frage stelle: Wenn es nirgendwo im Universum Aufzeichnungen darüber gibt, wie das ursprüngliche Verschränkungsereignis stattfand, ist es wirklich schon passiert? Die Kausalität kann in der Vergangenheit nicht durch das beeinflusst werden, was jetzt mit dem System passiert, aus dem einfachen Grund, dass per Definition nirgendwo sonst im Universum eine widersprüchliche Geschichte des Ereignisses existiert.

Quanten-Cheats

Das Bestehen darauf, dass solche unaufgelösten Quantensysteme eine wohldefinierte Vergangenheit haben, ist eine sehr hamiltonsche Perspektive, das heißt, eine, die darauf besteht, dass jede Komponente des Systems einen wohldefinierten „Jetzt“-Zustand hat. Die Lagrange-Quantenmethoden, die zuerst von Dirac vorgeschlagen und dann ironischerweise von ihm aufgegeben wurden, nachdem Richard Feynman und Freeman Dyson sie mit aller Macht aufgegriffen hatten, sind viel nachsichtiger. Sie ermöglichen es, dass die endgültige Quantenauflösung von Ereignissen tief in der klassischen Vergangenheit auf mehreren Skalenebenen unregelmäßig und sogar chaotisch ungelöst bleibt. Bei Quantenereignissen, die in ruhigen Ecken des Universums verborgen sind, können einige Auflösungen von „Wie ist es passiert?“ für Quantensysteme im Prinzip für Äonen der klassischen Zeit ungelöst bleiben. Für ein Quantensystem Diese hohe Priorität auf sofortige Auflösung im klassischen Stil spielt einfach keine Rolle. Solche Systeme werden stattdessen so lange wie nötig überlagert und verschränkt bleiben, insbesondere bis sie durch eine Wechselwirkung mit dem informationsreichen klassischen Universum gezwungen werden, zu „erklären“, wie es die absolute und universelle Erhaltung von Parametern sicherstellen wird, die Masse-Energie, Drehimpuls (Spin oder Polarisation), Ladung oder eine der weniger bekannten Erhaltungsregeln. Und dann schummeln sie: Sie erfinden einfach vor Ort eine Historie, die immer dafür sorgt, dass alle unterschiedlichen Erhaltungsregeln auch wirklich eingehalten werden. wie es die absolute und universelle Erhaltung von Parametern sicherstellen wird, die Masse-Energie, Drehimpuls (Spin oder Polarisation), Ladung oder eine der weniger bekannten Erhaltungsregeln umfassen. Und dann schummeln sie: Sie erfinden einfach vor Ort eine Historie, die immer dafür sorgt, dass alle unterschiedlichen Erhaltungsregeln auch wirklich eingehalten werden. wie es die absolute und universelle Erhaltung von Parametern sicherstellen wird, die Masse-Energie, Drehimpuls (Spin oder Polarisation), Ladung oder eine der weniger bekannten Erhaltungsregeln umfassen. Und dann schummeln sie: Sie erfinden einfach vor Ort eine Historie, die immer dafür sorgt, dass alle unterschiedlichen Erhaltungsregeln auch wirklich eingehalten werden.

Es ist daher völlig folgerichtig, sich den Vorgang des Auffindens eines Mitglieds eines verstrickten Paares nicht nur als sofortiges Senden eines "Resets" an seinen Partner vorzustellen, sondern als Entscheidung darüber, dass das ursprüngliche Verstrickungsereignis stattgefunden hat. Und selbst wenn Ihnen die Idee selbst nicht gefällt ... nun, es stellt sich heraus, dass es eine großartige Möglichkeit ist, sich klar zu machen, wie sich die bedingten Wahrscheinlichkeiten eines verschränkten Ereignisses von denen einer ansonsten ähnlichen klassischen bedingten Wahrscheinlichkeit unterscheiden Veranstaltung. Die erste Detektion eines verschränkten Ereignispaares entscheidetwie dieses ursprüngliche Ereignis aussah ... und die Ergebnisse des anderen Mitglieds des Paares müssen dann mit dieser "neuen" Vergangenheit funktionieren. Übrigens sollte ich anmerken, dass es auch eine schöne und notwendige Symmetrie gibt, wenn verschränkte Teilchen eine raumartige Trennung haben, durch die jedes Ereignis als dasjenige angesehen werden kann, das das ursprüngliche Ereignis "einstellt". Die Detektionsspektren sind bei beiden Interpretationen gleich. (Wenn Sie jedoch Spaß daran haben möchten, sowohl theoretisch als auch experimentell nach möglichen Kuriositäten zu suchen, ist dies ein guter Bereich zum Erkunden.)

Sind bedingte Wahrscheinlichkeiten nur eine Art "klassische Verschränkung"?

Nein, denn klassische bedingte Wahrscheinlichkeiten beinhalten keinerlei Informationstransfer zwischen den beiden Entitäten.

Klassische Emulation der Quantenverschränkung

Wenn Sie jedoch fest entschlossen sind, dies zu tun, können Sie ein sehr langsames und umständliches klassisches Analogon zu den bedingten Wahrscheinlichkeiten erstellen, die für die Quantenverschränkung charakteristisch sind. Das Wichtigste, was Sie tun müssen, ist, Ihren eigenen, völlig klassischen „versteckten Kanal“ zu erstellen, um das andere Mitglied des Paares zurückzusetzen, nachdem eine Erkennung stattgefunden hat. Dieser Aktualisierungskanal muss geschützt und verborgen gehalten werden, und es darf nicht zugelassen werden, dass das entfernte Mitglied des Paars inspiziert oder aktualisiert wird, bis die Aktualisierung eintrifft. Unnötig zu sagen, dass das Ergebnis fast unergründlich langsam sein kann, wenn Sie versuchen, sehr viel davon zu tun, eine umgekehrte Widerspiegelung der Geschwindigkeit von Quantencomputern (und auch genau, warum Feynman zuerst vorschlug, Quantencomputer zu verwenden, um solche Systeme zu untersuchen,

Tiefe Muster

Eine letzte Nebensache, die ich noch erwähnen muss: Ich finde es absolut faszinierend, dass die gerade beschriebenen verborgenen Kanäle zur Simulation der Quantenverschränkung bemerkenswert genau dem Konzept der atomaren Transaktionen in relationalen Datenbanken entsprechen. Wie bei der Simulation von Quantenereignissen führen diese ACID -Einschränkungen zu astronomischen Verlangsamungen, wenn sie auf Netzwerke angewendet werden, die große Gebiete abdecken. Solche traditionellen Datenbanken entsprechen also überraschend gut den klassischen Versuchen, Quantensysteme zu emulieren , und funktionieren wie bei solchen Simulationen nur gut, wenn sie physikalisch lokalisiert sind. Umgekehrt haben neue hochgradig verteilte Datenbanken BASE -Merkmale, die die unmittelbare Kohärenz zugunsten der Verarbeitungslokalität verlieren. Sie entsprechen ganz gutklassische Systeme.

Es scheint tiefe Informationsmuster zu geben, die viele Ebenen nicht nur der Physik überschreiten, sondern auch darüber, wie die Technologie selbst gezwungen ist, sich weiterzuentwickeln, um neue Leistungsniveaus zu erreichen. Ziemlich faszinierend, das.

Hinzufügen eines CW-Beispiels dessen, wonach ich denke, ungefähr zu suchen. Fühlen Sie sich frei, sich als eigene Nicht-CW-Antwort anzupassen, wenn dies auf dem richtigen Weg ist. Ich werde dies löschen, sobald ich eine akzeptierte Antwort habe.

Ja. Die Beschreibung gilt gleichermaßen für klassische Systeme. Aber es stellt sich die Frage, was "Subsystem" in diesem Fall bedeutet. Wenn Sie die Komponenten des Systems nicht unabhängig voneinander analysieren können, während Sie die "Verschränkung" bewahren, in welchem ​​​​Sinne können sie als unterschiedlich betrachtet werden?

Was ein quantenmechanisches System anders macht, ist, dass Dinge, die klar voneinander getrennt sind (zumindest in jeder Hinsicht, mit der wir vertraut sind) – sie können sich sogar an entfernten Orten befinden – immer noch Verschränkung aufweisen können, während ein klassisches System seine Verschränkung sofort verlieren würde seine Komponenten wurden "getrennt".

Sie geraten genau in dem Moment aus der Bahn, wenn Sie sagen:

Benötigt nicht jedes gemeinsame System, das bedingte Wahrscheinlichkeiten zur Beschreibung benötigt, "zusätzliche Bits" über die hinaus, die zur Beschreibung der einzelnen Teilsysteme erforderlich sind?

Der springende Punkt ist, dass die Ergebnisse von Messungen an einem verschränkten System nicht durch bedingte Wahrscheinlichkeiten beschrieben werden können. Genau das ist der Inhalt von Bells Theorem, und genau das macht die Verschränkung zu einem spezifischen Quantenphänomen.

Betrachten Sie insbesondere die folgenden vier "Zufallsvariablen":

• A: Das Ergebnis von Messung X an Partikel 1.
• B: Das Ergebnis der Messung Y an Partikel 2.
• C: Das Ergebnis der Messung Z an Partikel 1.
• D: Das Ergebnis der Messung W an Partikel 2.

Um überhaupt über bedingte Wahrscheinlichkeiten zu sprechen, müssen Sie davon ausgehen, dass diese vier Zufallsvariablen eine gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung haben. Man verwendet diese gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung, um die bedingten Wahrscheinlichkeiten zu berechnen.

Aber – und das ist wiederum genau der Inhalt des Bellschen Theorems – für manche Messwertsammlungen gibt es keine gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung, die mit den (experimentell verifizierten) Vorhersagen der Quantenmechanik übereinstimmt. Daher gilt der ganze Formalismus der klassischen bedingten Wahrscheinlichkeit nicht.

Kurz gesagt, wenn Sie ein Quantensystem mit einem klassischen System vergleichen, das nur mit bedingten Wahrscheinlichkeiten beschrieben werden kann, weisen Sie nicht auf eine Ähnlichkeit hin. Sie weisen stattdessen auf den Hauptunterschied hin.