U kvantnoj mehanici, isprepletenost je pojava u kojoj se dvije ili više čestica povezuju na takav način da se stanje jedne čestice ne može opisati nezavisno od stanja drugih, čak i kada su razdvojene velikim udaljenostima. Ovaj fenomen je bio predmet velikog interesovanja zbog svoje neklasične prirode i primene u kvantnoj obradi informacija.
Kada govorimo o razdvojenim kvantnim stanjima u svojim superpozicijama u odnosu na tenzorski proizvod, u suštini govorimo o tome da li je moguće odvojiti čestice i opisati njihova stanja pojedinačno, nezavisno jedno od drugog. Da bismo razumjeli ovaj koncept, potrebno je zaroniti u matematički okvir kvantne mehanike i formalizam tenzorskog proizvoda.
U kvantnoj mehanici, stanje sistema opisuje se kompleksnim vektorom u Hilbertovom prostoru. Kada su dva sistema zapletena, njihovo zajedničko stanje se opisuje jednim vektorom u kompozitnom Hilbertovom prostoru koji se dobija uzimanjem tenzorskog proizvoda pojedinačnih Hilbertovih prostora sistema. Matematički, ako imamo dva sistema A i B sa stanjima |ψ⟩ i |φ⟩ respektivno, zajedničko nezapleteno stanje kompozitnog sistema je dato sa |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
Ključna stvar koju treba primijetiti je da se isprepleteno stanje |Ψ⟩ ne može rastaviti u pojedinačna stanja za sisteme A i B. To znači da svojstva pojedinačnih sistema nisu dobro definirana nezavisno jedno od drugog. Zapetljano stanje pokazuje korelacije koje su jače od bilo koje klasične korelacije i ne mogu se objasniti lokalnim teorijama skrivenih varijabli.
Sada, vraćajući se na pitanje razdvajanja zapletenih stanja u njihovim superpozicijama koristeći tenzorski proizvod, važno je shvatiti da je samo zapleteno stanje superpozicija različitih stanja pojedinačnih sistema. Kada izvršimo mjerenja na jednoj od isprepletenih čestica, stanje druge čestice se trenutno kolabira u određeno stanje, čak i ako su dvije čestice daleko jedna od druge. Ovaj trenutni kolaps poznat je kao kvantna ne-lokalnost i znak je zapetljanosti.
Stoga, u kontekstu formalizma tenzorskog proizvoda, zapletena stanja se ne mogu razdvojiti u pojedinačne superpozicije za konstitutivne sisteme. Zaplitanje traje čak i kada su upletene čestice odvojene, a mjerenje jedne čestice trenutno utiče na stanje druge čestice. Ova nelokalna korelacija je fundamentalni aspekt isprepletenosti i razlikuje je od klasičnih korelacija.
Da bismo ilustrirali ovaj koncept, razmotrimo poznati primjer EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoksa, gdje su dvije zapletene čestice pripremljene u takvom stanju da su njihovi spinovi u korelaciji. Kada se spin jedne čestice izmjeri duž određenog smjera, spin druge čestice se trenutno određuje, bez obzira na udaljenost između njih. Ova trenutna korelacija prkosi klasičnoj intuiciji i naglašava ne-lokalnu prirodu zapetljanosti.
Kvantno isprepletena stanja ne mogu se odvojiti u njihovim superpozicijama u odnosu na tenzorski proizvod. Zapetljano stanje kompozitnog sistema je stanje koje se ne može faktorizovati i koje pokazuje ne-lokalne korelacije između isprepletenih čestica. Ova nelokalna korelacija je fundamentalna karakteristika zapetljanosti i igra ključnu ulogu u različitim zadacima obrade kvantne informacije.
Ostala nedavna pitanja i odgovori u vezi EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals:
- Kako funkcioniše kapija kvantne negacije (kvantno NE ili Pauli-X kapija)?
- Zašto je kapija Adamard samoreverzibilna?
- Ako izmjerite 1. kubit Bell stanja u određenoj bazi, a zatim izmjerite 2. kubit u bazi rotiranoj za određeni ugao theta, vjerovatnoća da ćete dobiti projekciju na odgovarajući vektor jednaka je kvadratu sinusa od theta?
- Koliko bitova klasične informacije bi bilo potrebno da se opiše stanje proizvoljne superpozicije kubita?
- Koliko dimenzija ima prostor od 3 kubita?
- Hoće li mjerenje kubita uništiti njegovu kvantnu superpoziciju?
- Mogu li kvantne kapije imati više ulaza nego izlaza na sličan način kao i klasične kapije?
- Da li univerzalna porodica kvantnih kapija uključuje CNOT kapiju i Adamardovu kapiju?
- Šta je eksperiment sa dvostrukim prorezom?
- Da li je rotacija polarizacionog filtera ekvivalentna promeni osnove merenja polarizacije fotona?
Pogledajte više pitanja i odgovora u EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals