Verschränkungsarten, die nicht auf Erhaltungsprinzipien zurückzuführen sind

Die Vorstellung, dass die Verschränkung auf Naturschutzgesetze zurückzuführen ist, ist ein bedauerliches Missverständnis, das durch eine populäre Art und Weise verursacht wird, das Konzept auf der Ebene des allgemeinen Publikums zu erklären.

Dieses Argument geht in etwa so:

Sie nehmen zwei Teilchen, von denen bekannt ist, dass sie einen Gesamtspin haben$S_z=0$, und dann trennst du sie. Wenn Sie dann Teilchen A messen und es Spin hat$S_z=+1/2$, dann weißt du , dass Teilchen B einen Spin haben muss$S_z=-1/2$, und die Teilchen sind verschränkt.

Für allgemeine Publikumspräsentationen ist es nicht so schlimm, besonders wenn es in ein größeres Stück eingebettet ist, das auch mit anderen Konzepten jonglieren muss und einer detaillierten Erklärung der Verschränkung nicht so viel Raum widmen kann. Zu diesem Argument gibt es einiges zu sagen:

• Das Gute: Dieses Argument stellt (wenn auch nicht detailliert genug, um es vollständig zu spezifizieren) einen möglichen Weg dar, um eine Verschränkung zu erreichen. Genauer gesagt, wenn Sie wissen, dass die Teilchen A und B einen gemeinsamen Spin-Singulett-Zustand haben$|\psi⟩ = \tfrac{1}{\sqrt{2}}\big(|{↑↓}⟩-|{↓↑}⟩\big)$, und Sie trennen sie räumlich, dann ja, Sie erhalten ein verschränktes Paar.

• Das Schlechte:

  • Allerdings stützt sich das eigentliche Argument auf den Spin-Singulett-Zustand und nicht auf seinen$S_z=0$Aspekt. Insbesondere könnten Sie ein identisches Argument haben, wenn Sie im Spin-Triplett-Zustand beginnen,$|\psi_+⟩ = \tfrac{1}{\sqrt{2}}\big(|{↑↓}⟩+|{↓↑}⟩\big)$, die in der Superposition ein entgegengesetztes Vorzeichen hat, aber es ist absolut wichtig, dass Sie wissen, was diese Phase ist. Wenn Sie nur eine Box haben, die produziert$|\psi⟩$Und$|\psi_+⟩$mit 50%iger Wahrscheinlichkeit, aber ohne dir zu sagen, welche dann$S_z=0$ist immer noch wahr, aber Sie haben die Verstrickung vollständig zerstört.
  • Darüber hinaus ignoriert dieses Argument die Tatsache, dass es absolut gültige reine Zustände gibt, wie z. B. den bloßen$|↑↓⟩=|↑⟩\otimes|↓⟩$, die mit der übereinstimmen$S_z=0$Eigentum, aber überhaupt keine Verstrickung haben.

  • Schlimmer noch, wenn man das Argument auf das Erhaltungsgesetz stützt, wird der Leser einem der größten Missverständnisse überhaupt ausgesetzt, wenn es um Quantenverschränkung geht$-$Diese Verschränkung ist wie JS Bells Beschreibung von Bertlmanns Socken , oder mit anderen Worten, diese Verschränkung kann durch eine Theorie der verborgenen Variablen erklärt werden , bei der jedes Teilchen einen genau bestimmten Spin hat, bevor wir es betrachten, und die Beobachtung lediglich diesen Wert offenbart. Das ist nachweislich falsch! Wir wissen aus Bells Theorem, dass eine solche Beschreibung verschränkter Zustände (allgemein bekannt als „lokal und realistisch“) mit den Vorhersagen der Quantenmechanik unvereinbar ist, und wir wissen aus Experimenten, dass die Natur den QM-Vorhersagen folgt und nicht an die Einschränkungen gebunden ist vom lokalen Realismus auferlegt.

  • Darüber hinaus ist die Präsentationsstruktur dieses Arguments von der Form

    was ist verschränkung Nun, hier ist eine Möglichkeit, verschränkte Zustände zu erzeugen

    und führt den Leser bei falscher Handhabung direkt zu einer fehlerhaften Verallgemeinerung . Egal wie solide die Argumente für die Methode etabliert wurden, das Argument sagt nichts darüber aus, ob es andere Möglichkeiten gibt, verschränkte Zustände zu erzeugen.

Und tatsächlich gibt es solche anderen Methoden. Mehr zum Punkt:

Verschränkung ist generisch

Jedes Mal, wenn Sie zwei Quantensysteme A und B haben, die mit einem nichttrivialen Hamiltonian interagieren$\hat H_\mathrm{AB}$, das generische Ergebnis ist, dass sie miteinander verwickelt herauskommen, dh etwas von der Form

Andererseits gibt es einen wichtigen Unterschied zwischen kontrollierter Verschränkung, dh den verschränkten Zuständen, die technologisch nützlich und experimentell verifizierbar sind, und verschränkten Zuständen, bei denen wir nicht genügend kontrollierbare Kontrolle über den Zustand haben, um dies zu erreichen irgendwas brauchbares. Wenn wir einen solchen Griff nicht haben, verwandelt sich Verstrickung in die andere Seite der Medaille – Dekohärenz , die nichts weniger als eine unkontrollierte Verstrickung mit Teilen der Umwelt ist, die wir nicht ansprechen können. Wie die oberste Antwort auf die verknüpfte Frage deutlich macht, ist diese Art der Verstrickung etwas, von dem wir unter vielen verschiedenen Umständen sehr gerne weniger haben würden.

Die kontrollierte Verschränkung hingegen ist relativ zerbrechlich, da es alle möglichen Faktoren gibt, die sie durcheinander bringen können (z ). Aus diesem Grund wird ( kontrollierte ) Verschränkung oft als wertvolle Ressource angesehen - aber wenn Sie die Qualifizierer fallen lassen, ist es nicht so schwer zu bekommen.

Wenn die Verschränkung als Folge der Erhaltungssätze betrachtet wird, dann haben wir eine realistische Erklärung der Verschränkung und sie wäre nicht mehr mysteriös. Erhaltungssätze gelten unabhängig davon, ob eine Verstrickung stattfindet oder nicht.

Zumindest in einem Verschränkungszustand (Bell-Zustand) wird jedoch eine perfekte Antikorrelation (immer entgegengesetzter Spin, wenn entlang derselben Achse gemessen) als Verschränkungsphänomen dargestellt. Diese perfekte Antikorrelation kann auch durch die Erhaltungssätze erklärt werden. Daher kommt es leicht zu Verwechslungen. Ich habe Dokumentarfilme von prominenten Wissenschaftlern gesehen und sie erwähnen Naturschutzgesetze, während sie über Verstrickung sprechen.

Das allgemeine Publikum hört/begreift nur diesen besonderen Zustand der Verstrickung.

Dies ist der einzige (oder einer von sehr wenigen, ich bin kein QM-kundiger) Zustand, in dem wir die Verschränkung direkt mit den Erhaltungsgesetzen auf der Ebene eines einzelnen Paares verknüpfen können. In anderen Staaten können wir die Erhaltungsgesetze nicht auf der Ebene eines einzelnen verschränkten Paares verifizieren. Sie können jedoch auf der Ebene der Durchschnittswerte durch Messung zahlreicher Paare verifiziert werden.

Wenn also die Quantenvorhersagen von einer sehr großen Menge von Paaren erfüllt werden, bestätigt dies auch die Erhaltungsgesetze für diese Menge als Ganzes.

Es wäre unmöglich, Erhaltung von irgendwelchen Phänomenen zu trennen, geschweige denn von Verschränkung.

Wir haben keine Mittel, um die Erhaltung im Falle eines einzelnen Paares in vielen Verschränkungszuständen zu messen/zu verifizieren, aber das bedeutet nicht, dass Erhaltungsgesetze nicht eingehalten werden. Wenn Erhaltungssätze nicht eingehalten würden, wären Quantenvorhersagen auf mittlerem Niveau nicht experimentell beweisbar.

Nun die Frage - ist Verschränkung auf Naturschutzgesetze zurückzuführen? Ich denke, es gibt einen Zusammenhang.

Können wir den Zusammenhang beweisen? - 1) Für einzelnes Paar - Ja, mindestens für ein Bundesland. 2) Auf statistischer Ebene - Ja, für alle Staaten.