매력적인 미스터리의 분위기는 양자 얽힘의 개념과 양자 이론이“많은 세계”를 요구한다는 (어떻게 든) 관련 주장에 붙어 있습니다. 그러나 결국에는 과학적 아이디어가 있거나 지구의 의미와 구체적인 의미가 있어야합니다. 여기서 나는 얽힘의 개념과 많은 세계를 내가 아는 것처럼 간단하고 명확하게 설명하고 싶습니다.
i.
얽힘은 종종 독특한 양자 역학적 현상으로 간주되지만 그렇지 않습니다. 실제로, 다소 독창적이지만 간단한 비 quantum (또는 "클래식") 버전의 얽힘을 먼저 고려하는 것은 깨달음입니다. 이것은 우리가 양자 이론의 일반적인 이상함과는 별도로 얽힘 자체의 미묘함을 들어 올릴 수있게 해줍니다.
얽힘은 우리가 두 시스템의 상태에 대한 부분적 지식을 가진 상황에서 발생합니다. 예를 들어, 당사의 시스템은 C-ONS를 호출 할 두 개의 객체 일 수 있습니다. "C"는 "클래식"을 제안하기위한 것이지만, 구체적이고 유쾌한 것을 염두에두고 싶다면 C-ons를 케이크로 생각할 수 있습니다.
.우리의 C-on은 정사각형 또는 원형의 두 가지 모양으로 제공되며, 이는 가능한 상태로 식별합니다. 그런 다음 2 개의 C-ON에 대한 4 개의 가능한 관절 상태는 (정사각형, 정사각형), (정사각형, 원), (원, 사각형), (원, 원)입니다. 다음 테이블은 4 개 상태 각각에서 시스템을 찾기위한 확률이 무엇인지에 대한 두 가지 예를 보여줍니다.
우리는 그들 중 하나의 상태에 대한 지식이 다른 상태에 대한 유용한 정보를 제공하지 않으면 C-ON이 "독립적"이라고 말합니다. 우리의 첫 번째 테이블에는이 속성이 있습니다. 첫 번째 C-ON (또는 케이크)이 정사각형 인 경우, 우리는 여전히 두 번째 모양에 대해 어둠 속에 있습니다. 마찬가지로 두 번째 모양은 첫 번째 모양에 유용한 것을 드러내지 않습니다.
다른 한편으로, 우리는 하나에 대한 정보가 다른 하나에 대한 지식을 향상시킬 때 우리의 두 C-on이 얽혀 있다고 말합니다. 우리의 두 번째 테이블은 극단적 인 얽힘을 보여줍니다. 이 경우 첫 번째 C-ON이 원형 일 때마다 두 번째 CON이 원형이라는 것을 알고 있습니다. 그리고 첫 번째 C-ON이 정사각형 인 경우 두 번째도 마찬가지입니다. 하나의 모양을 알면, 우리는 다른 모양을 확실하게 추론 할 수 있습니다.
얽힘의 양자 버전은 본질적으로 동일한 현상, 즉 독립성 부족입니다. 양자 이론에서, 상태는 웨이브 함수라는 수학적 물체에 의해 설명된다. 파도 기능을 물리적 확률에 연결하는 규칙은 우리가 논의 할 매우 흥미로운 합병증을 유발하지만, 우리가 이미 고전적인 확률을 위해 본 얽힌 지식의 중심 개념은 계속 진행됩니다.
케이크는 물론 양자 시스템으로 계산되지 않지만, 양자 시스템 간의 얽힘은 자연스럽게 발생합니다. 예를 들어 입자 충돌의 여파에서. 실제로, 얽힌 (독립) 상태는 드문 예외입니다. 시스템이 상호 작용할 때마다 상호 작용이 그들 사이의 상관 관계를 생성하기 때문입니다.
.예를 들어 분자를 고려하십시오. 그것들은 서브 시스템, 즉 전자 및 핵의 복합재입니다. 가장 일반적으로 발견되는 분자의 가장 낮은 에너지 상태는 전자와 핵의 얽힌 상태이며, 이러한 구성 입자의 위치가 결코 독립적이지 않기 때문입니다. 핵이 움직일 때 전자는 그들과 함께 움직입니다.
우리의 예로 반환 :우리가 φ ■ 을 쓰면 , φ ● 제곱 또는 원형 상태에서 시스템 1을 설명하는 파동 함수 및 ψ
독립 :φ ■ ψ ■ + φ ■ ψ ● + φ ● ψ ■ + φ ● ψ ●
얽힘 :φ ■ ψ ■ + φ ● ψ ●
우리는 또한 독립 버전을
로 쓸 수도 있습니다(φ ■ + φ ● ) (ψ ■ + ψ ● )
이 공식에서 괄호가 시스템 1과 2를 독립 단위로 분리하는 방법에 주목하십시오.
얽힌 상태를 만드는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 한 가지 방법은 부분 정보를 제공하는 (복합) 시스템을 측정하는 것입니다. 예를 들어, 우리는 두 시스템이 어떤 모양을 가지고 있는지 정확히 배우지 않고 동일한 모양을 갖도록 공모했다는 것을 배울 수 있습니다. 이 개념은 나중에 중요해질 것입니다.
아인슈타인-포도 스키-로즈 (EPR) 및 그린버거-호른-즈일 링거 (GHZ) 효과와 같은 양자 얽힘의 더 독특한 결과는“보충성”이라는 양자 이론의 또 다른 측면과의 상호 작용을 통해 발생합니다. EPR과 GHZ에 대한 토론의 길을 열어 주려면 이제 상보성을 소개하겠습니다.
이전에는 C-ON이 두 개의 모양 (정사각형과 원)을 나타낼 수 있다고 상상했습니다. 이제 우리는 그것이 빨간색과 파란색의 두 가지 색상을 나타낼 수 있다고 생각합니다. 우리가 케이크와 같은 클래식 시스템에 대해 말하고 있다면,이 추가 된 속성은 우리의 C-ons가 4 가지 가능한 상태 중 하나 일 수 있음을 암시 할 것입니다 :빨간 사각형, 빨간 원, 파란색 사각형 또는 파란색 원.
그러나 양자 케이크 (아마도 지진, 아마도 Q-on)의 경우 상황이 크게 다릅니다. Q-ON이 다른 상황에서 다른 모양 또는 다른 색상을 나타낼 수 있다는 사실이 반드시 모양과 색상을 동시에 소유한다는 것을 의미하지는 않습니다. 사실, 아인슈타인이 주장한“상식”추론은 물리적 현실에 대한 수용 가능한 개념의 일부가되어야한다는 것은 우리가 곧 볼 수 있듯이 실험 사실과 일치하지 않습니다.
우리는 Q-ON의 모양을 측정 할 수 있지만 그렇게하면 색상에 대한 모든 정보를 잃습니다. 또는 Q-ON의 색상을 측정 할 수 있지만 그렇게하면 그 모양에 대한 모든 정보를 잃습니다. 양자 이론에 따르면 우리가 할 수없는 것은 모양과 색상이 동시에 측정하는 것입니다. 물리적 현실에 대한 어느 누구도 모든 측면을 포착하지 않습니다. 하나는 여러 가지 다른 상호 배타적 견해를 고려해야하며, 각각의 유효하지만 부분적인 통찰력을 제공합니다. Niels Bohr가 공식화 한 것처럼 이것은 상보성의 핵심입니다.
결과적으로, 양자 이론은 우리가 개별 속성에 물리적 현실을 할당하는 데 아무런 영향을 미칩니다. 모순을 피하려면 다음을 인정해야합니다.
- 측정되지 않은 속성은 존재할 필요가 없습니다.
- 측정은 시스템을 측정하는 시스템을 변경하는 활성 프로세스입니다.
ii.
이제 나는 클래식과는 거리가 멀지 만 두 가지 클래식을 설명 할 것입니다! - 양자 이론의 이상함의 삽화. 둘 다 엄격한 실험에서 확인되었습니다. (실제 실험에서 사람들은 케이크의 모양이나 색상이 아닌 전자의 각 운동량과 같은 특성을 측정합니다.)
Albert Einstein, Boris Podolsky 및 Nathan Rosen (EPR)은 2 개의 양자 시스템이 얽힐 때 발생할 수있는 놀라운 효과를 설명했습니다. EPR 효과는 상보성을 가진 특정 실험적으로 실현 가능한 양자 얽힘과 관련이 있습니다.
EPR 쌍은 2 개의 Q-ON으로 구성되며, 각각은 모양이나 색상으로 측정 할 수 있지만 둘 다 용도가 아닙니다. 우리는 우리가 동일한 많은 쌍에 액세스 할 수 있다고 가정하고, 우리는 구성 요소를 만들기 위해 어떤 측정 값을 선택할 수 있다고 가정합니다. EPR 쌍의 한 멤버의 모양을 측정하면 정사각형이거나 원형 일 가능성이 높습니다. 우리가 색상을 측정하면 빨간색 또는 파란색 일 가능성이 높습니다.
EPR이 역설적으로 고려한 흥미로운 효과는 우리가 두 쌍의 두 멤버를 측정 할 때 발생합니다. 색상에 대한 두 멤버 또는 모양에 대한 두 멤버를 측정하면 결과가 항상 동의한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 우리가 하나가 빨간색이라는 것을 발견하고 나중에 다른 색의 색상을 측정하면, 우리는 그것이 빨간색이라는 것을 알게 될 것입니다. 반면에, 하나의 모양을 측정 한 다음 다른 색상의 색상을 측정하면 상관 관계가 없습니다. 따라서 첫 번째가 정사각형이면 두 번째는 똑같이 빨간색이거나 파란색 일 가능성이 높습니다.
Quantum 이론에 따르면, 먼 거리가 두 시스템을 분리하고 측정 값이 거의 동시에 수행 되더라도 결과를 얻을 것입니다. 한 위치에서 측정 선택은 다른 위치의 시스템 상태에 영향을 미치는 것으로 보입니다. 아인슈타인 (Einstein)이 불렀 듯이이“먼 거리에서의 으스스한 행동”은 정보의 전송이 필요한 것으로 보입니다.이 경우에는 어떤 측정이 수행되었는지에 대한 정보가 빛의 속도보다 빠른 속도로.
.그러나 그것을합니까? 내가 알기 전까지는 당신이 얻은 결과, 나는 무엇을 기대 해야할지 모르겠습니다. 측정 한 결과가 아니라 측정 한 결과를 배울 때 유용한 정보를 얻습니다. 그리고 당신이 측정 한 결과를 나타내는 메시지는 빛의 속도보다 구체적인 물리적 방식으로 (아마도 느리게) 전송되어야합니다.
.더 깊이 반성하면 역설이 더 해산됩니다. 실제로, 첫 번째가 빨간색으로 측정 된 것을 감안할 때 두 번째 시스템의 상태를 다시 고려해 봅시다. 두 번째 Q-On의 색상을 측정하기로 선택하면 반드시 빨간색이됩니다. 그러나 앞에서 논의했듯이 상보성을 도입 할 때 Q-On의 모양을 측정하기로 선택하면 "빨간색"상태에있을 때 정사각형이나 원을 찾을 확률이 동일합니다. 따라서 역설을 도입하는 것 외에도 EPR 결과는 논리적으로 강요됩니다. 본질적으로 그것은 단순히 상보성의 재 포장입니다.
먼 사건이 상관 관계가 있다는 것을 발견하는 것은 역설적이지 않습니다. 결국, 각 장갑 한 쌍의 멤버를 상자에 넣고 지구의 반대쪽으로 우편으로 보내면 한 상자 안으로 내부를 보면 다른 상자의 손잡이를 결정할 수 있다는 사실에 놀라지 않아야합니다. 마찬가지로, 모든 알려진 경우에 EPR 쌍 간의 상관 관계는 회원이 서로 가까이있을 때 각인되어야하지만, 물론 기억이있는 것처럼 후속 분리에서 살아남을 수 있습니다. 다시, EPR의 특이성은 그와 그와 상관 관계가 아니라 보완적인 형태의 가능한 실시 예입니다.
iii.
Daniel Greenberger, Michael Horne 및 Anton Zeilinger는 양자 얽힘의 또 다른 화려한 조명 사례를 발견했습니다. 여기에는 특수 얽힌 상태 (GHZ 상태)로 준비된 3 개의 Q-11이 포함됩니다. 우리는 3 개의 Q-ON을 3 개의 먼 실험자에게 배포합니다. 각 실험자는 모양이나 색상을 측정할지 여부를 독립적이고 무작위로 선택하고 결과를 기록합니다. 실험은 GHZ 상태에서 항상 3 개의 Q-ON이 시작하여 여러 번 반복됩니다.
각 실험자는 별도로 임의의 결과를 얻습니다. 그녀가 Q-On의 모양을 측정 할 때, 그녀는 정사각형이나 원을 찾을 가능성이 높습니다. 그녀가 색상을 측정하면 빨간색 또는 파란색도 마찬가지입니다. 지금까지는 평범합니다.
그러나 나중에 실험자가 모여 측정을 비교하면 약간의 분석에서 놀라운 결과가 나타납니다. 사각형 모양과 빨간색을“좋은”, 원형 모양과 푸른 색상을“악”이라고 부릅니다. 실험자들은 두 사람이 모양을 측정하기로 선택했을 때마다 세 번째 측정 된 색상은 정확히 0 또는 2 결과가 "악"(즉, 원형 또는 파란색)임을 발견했습니다. 그러나 세 사람 모두 색상을 측정하기로 선택했을 때 정확히 1 ~ 3 개의 측정이 악한 것으로 나타났습니다. 그것이 양자 역학이 예측하는 것입니다. 그것이 관찰되는 것입니다.
그래서 :악의 양이 균일하거나 이상합니까? 두 가지 가능성은 확실하게 다른 종류의 측정에서 실현됩니다. 우리는 그 질문을 거부해야합니다. 우리 시스템의 악의 양에 대해 말하는 것은 의미가 없습니다. 실제로, 그것은 모순으로 이어집니다.
GHZ 효과는 물리학 자 Sidney Coleman의 말에 따르면“얼굴의 양자 역학”입니다. 그것은 일상적인 경험에 뿌리를 둔 깊게 내재 된 편견을 철거하며, 물리적 시스템은 이러한 특성을 측정하는지 여부와는 관계없이 명확한 특성을 가지고 있습니다. 그들이 그렇게한다면, 선과 악의 균형은 측정 선택에 영향을받지 않을 것입니다. 일단 내재화되면 GHZ 효과의 메시지는 잊을 수없고 마음을 확장합니다.
iv.
지금까지 우리는 얽힘이 어떻게 독특하고 독립적 인 상태를 여러 Q-ON에 할당하는 것을 불가능하게 만드는 방법을 고려했습니다. 단일 Q- 온의 진화에 비슷한 고려 사항이 적용됩니다.
우리는 매 순간에 시스템에 명확한 상태를 할당하는 것이 불가능할 때“얽힌 역사”를 가지고 있다고 말합니다. 우리는 몇 가지 가능성을 제거하여 기존의 얽힘을 얻은 방법과 마찬가지로, 일어난 일에 대한 부분 정보를 수집하는 측정을 통해 얽힌 역사를 만들 수 있습니다. 가장 간단한 얽힌 역사에는 하나의 Q-On 만 있습니다. 우리는 Q-On의 모양이 두 번의 정사각형이거나 두 번의 원형이라고 판단하는 상황을 상상할 수 있지만, 우리의 관찰은 두 가지 대안을 남겨 둡니다. 이것은 위에서 설명한 가장 간단한 얽힘 상황의 양자 시간적 아날로그입니다.
약간 더 정교한 프로토콜을 사용 하여이 시스템에 상보성의 주름을 추가하고 양자 이론의“많은 세계”측면을 이끌어내는 상황을 정의 할 수 있습니다. 따라서 우리의 Q-ON은 초기에 빨간색 상태에서 준비 될 수 있으며, 이후에 파란색 상태로 측정 될 수 있습니다. 위의 간단한 예에서와 같이, 우리는 중간 시간에 색상 속성을 일관되게 할당 할 수 없습니다. 또한 결정적인 모양도 없습니다. 이런 종류의 역사는 제한적이지만 통제되고 정확한 방식으로 많은 세계의 양자 역학에 기반을 둔 직관을 깨닫습니다. 명확한 국가는 나중에 함께 모이는 상호 모순적인 역사적 궤적으로 분기 할 수 있습니다.
양자 이론의 창시자 인 Erwin Schrödinger는 양자 시스템의 진화가 자연스럽게 다른 특성을 갖도록 측정 될 수있는 상태로 이어진다는 점을 강조했다. 그의“Schrödinger Cat”은 유명하게 양자 불확실성을 고양이 사망률에 대한 질문으로 확대합니다. 측정 전에, 우리의 예에서 볼 수 있듯이, 생명의 재산 (또는 죽음)을 고양이에게 할당 할 수는 없습니다. 둘 다 - 또는 둘 다 가능성의 황천 월드 내에서 공존합니다.
일상적인 언어는 일상적인 경험이이를 만나지 않기 때문에 양자 보완성을 설명하는 데 적합합니다. 실용적인 고양이는 주변 공기 분자와는 다른 방법으로, 살아있는지 죽었는지에 따라 매우 다른 방식으로 상호 작용하므로 실제로 측정은 자동으로 이루어지고 고양이는 생명 (또는 죽음)으로 이어집니다. 그러나 얽힌 역사는 Q-ons를 실제로 의미있는 Schrödinger 새끼 고양이를 묘사합니다. 그들의 전체 설명은 중간 시간에 두 가지 모순 된 속성 개체를 고려해야합니다.
얽힌 역사의 통제 된 실험 실현은 우리가 부분적으로 모아야하기 때문에 섬세합니다. Q-ON에 대한 정보. 기존의 양자 측정은 일반적으로 한 번에 완전한 정보를 수집합니다 (예 :예를 들어, 여러 번에 걸쳐 부분 정보가 아닌 명확한 모양 또는 명확한 색상을 결정합니다. 그러나 실제로는 큰 기술적 어려움없이 수행 할 수 있습니다. 이런 식으로 우리는 양자 이론에서“많은 세계”의 확산에 명확한 수학적 및 실험적 의미를 부여하고 그 실질적인 성을 보여줄 수 있습니다.
