Квантовая телепортация: возможна ли передача данных быстрее скорости света?

    Доброго времени суток.

    Я заметил интерес публики к вопросу о квантовой телепортации в частности и к квантовой механике в общем. Этот пост является в меру упрощенным объяснением основ квантовой механики и телепортации с точки зрения квантовой информации. То есть рассказов о том, как телепортировать луч света в домашних условиях используя синюю изоленту и DVD-привод не будет.
    Всех, кто разбирается к квантовых протоколах связи — прошу в комментарии для обсуждения проблем и их решений.

    Основы квантовой механики


    Для начала давайте введем основные понятия:

    • Состояние системы в квантовой механике представляется вектором. Запись ведётся обозначениями Дирака.
    • Состояния системы после измерения (то есть состояние, которое мы видим извне) представляют собой ортонормальную базу. Другими словами, измерения происходят в ортонормальной базе состояний.
    • Измерение есть ни что иное как проекция вектора состояния системы на один из векторов измерительной базы:
    • Вероятность того, что системабудет проецирована на вектор:


    Чтобы лучше понять, что это и как это работает, давайте для примера возмём простейшую квантовую систему, состоящую из одного фотона со спином вверх:

    Это вполне себе такой обычный фотон, который можно произвести в любой лаборатории. Заметьте, что я записал вектор состояния фотона со спином вверх как вектор кубита 0 в базе
    : спин фотона будет являться кубитом (квантовым битом информации) в нашем путешествии по квантовому миру.

    Теперь давайте введём эту систему в состояние суперпозиции с помощью преобразования Адамара:
    • Матрица преобразования:
    • Состояние системы после преобразования:

    Далее, давайте померяем спин нашего фотона. Как было сказано ранее, измерение будет проводиться в базе
    :
    • Вероятность получить :

    • Вероятность получить :



    Это и есть состояние квантовой суперпозиции: до измерения, система находится в нескольких состояниях базы одновременно (т.е. вектор состояния системы равен сумме векторов базы с различными коэффициентами), а во время измерения «схлопывается» в одно из состояний базы с какой-то вероятностью. Никакой магии, просто числа.

    Теперь давайте посмотрим, что такое квантовая запутанность. Для этого нам потребуется ввести понятие тензорного произведения:
    Тензорное произведение состояний двух фотонов
    Возмём два фотона, состояния которых опишем двумя Гилбертовыми пространствами и . Тензорным произведением этих пространств будет

    В этом же пространстве будет описана система, состоящая из двух фонов, один из которых принадлежит пространству , а второй — .

    Два запутанных фотона образуют систему, состояние которой можно выразить, например, следующим образом:

    Я не буду объяснять, какая система называется запутанной (выйдет очень долго и не очень понятно), про это можно прочитать на Википедии. Вместо этого, давайте посмотрим, чем примечательна такая система.
    Допустим, я хочу посмотреть вероятность нахождения этой системы в состоянии

    то есть когда два фотона имеют спин :

    Аналогичный результат получается при расчете вероятности получения двух запутанных фотон в состоянии . Однако, если расчитать вероятность получения фотона а в состоянии и фотона b в состоянии (то есть общее состояние системы ) мы получим вероятность 1/2.

    Что это значит? А значит это, что имея систему из двух запутанных фотонов, померяв состояние одного из них, мы точно знаем состояние второго, на каком бы расстоянии друг от друга они не находились.

    Посмотрев на основы квантовой механики, мы можем перейти к квантовой телепортации.

    Квантовая телепортация



    Поприветствуйте наших старых знакомых, Алису и Боба.
    Итак, Алиса и Боб имеют синхронизированные часы и пару запутанных фотонов: один у Алисы, другой у Боба. Алиса измеряет состояние её фотона, и получает (с вероятностью 0.5, как мы видели ранее). В этот же момент времени фотон Боба принимает состояние . Через время T (дабы не опередить Алису) Боб проводит измерения над своим фотоном, и понимает, какой результат измерения получила Алиса.


    Проблема здесь очень простая и очевидная: Алиса не может контролировать состояние её фотона после измерения.
    Предположим, Алиса хочет передать Бобу следующую последовательность бит: «011001». Для этого им с Бобом потребуются 6 пар запутанных фотонов. Алиса производит измерения всех шести, и получает следующий результат: «010111». Соответственно Боб получает «101000», применят операцию XOR дабы получить последовательность, которая была получена у Алисы: «010111». Однако Боб не знает, какую именно последовательность Алиса хотела передать. Для того, что бы полностью востановить переданное сообщение на стороне Боба, Алиса должна послать ему по классическому каналу информацию о полученных ей ошибках: «001110». Получив эту информацию, Боб может без труда восстановить сообщение Алисы: «011001».
    Как мы видим, использование квантового классического канала при передачи данных, неизбежно. В чем плюсы такой передачи, спросите вы? При квантовой передаче исключается возможность атаки «Man in the middle»: даже если информация об ошибках будет перехвачена, она не поможет злоумышленнику узнать передаваемое сообщение. Единственное, что может сделать злоумышленник, так это изменить информацию об ошибках, но от этого тоже есть защита, использующая квантовые свойства.
    Но об этом уже в другой раз.
    Share post

    Comments 182

      +2
      Вот-вот. Никакой «телепортации информации» на самом деле не происходит. «Телепортация» — не совсем удачный термин для этого явления.

      Я все сомневался на этот счет, но вы все прояснили. Спасибо.
        –1
        На самом то деле передача есть (тот факт, что состояние второго фотона схлопывается вместе с первым доказывает из моментальную связь друг с другом), только мы пока так и не придумали как ее использовать — передавать полезную информацию.
          0
          Ну, «передача» это громко сказано. Тут речь идет о достаточно абстрактном понятии «состояние квантового объекта», которое чисто умозрительно считается неопределенным при отсутствии наблюдения. Переводя умозрительные понятия в область конкретного смысла можно легко запутаться.

          Может быть это я запутался — не отрицаю. Есть какая-то фактическая информация (экспериментальная) на предмет того, что если квантовое состояние частицы не измерено, то оно находится в состоянии суперпозиции? Или есть только пространные рассуждения физиков-теоретиков?
            +1
            Проблема в том, что после измерения мы видим только те состояния, которые мы мерили. То есть «увидеть» суперпозицию нельзя, можно померить несколько сотен раз фотоны и понять, что при некоторых изначальных установках они принимают разные состояния с какими-то вероятностями. И такое изначальное состояние называют суперпозицией.
              0
              Вот с этим я связаны мои сомнения. Почему считается что там «суперпозиция», а не просто «какое-то неизвестное нам, но конкретное состояние»?
                +3
                Как вам объяснить… Состояние системы, представленное вектором — математическая абстракция, которая помогает с легкостью решать проблемы. В этом представлении очень просто описать такое состояние, которое будет давать разные результаты после измерений с какими-то вероятностями (это состояние можно наблюдать эксперементально, так что противоречия быть не должно).И так получилось, что в данной мат абстракции это состояние является суммой всех возможных базовых состояний, то есть суперпозицией, Как на самом деле происходит не знает никто, так же, как и никто не знает, как выглядит электрон.
                  +3
                  Ну, тогда, вроде-бы более-менее понятно. Суперпозиция — это математическая абстракция, которая на данном этапе развития квантовой физики является наиболее удобным инструментом для объяснения явлений.

                  Таким образом, утверждать что при «схлопывании волновой функции» что-то происходит с частицей на самом деле (и, соответственно, что что-то «передается») — неверно. Это «схлопывание» — только абстракция, такая-же как и «суперпозиция».
                    0
                    Можно еще подумать о том что изменение состояния происходит _при_ измерении.
                      +1
                      Вот против такой интерпретации я и возражаю. Я все больше подозреваю что математические аналогии начали переносить в реальный мир и поэтому возникает столько недопонимания. Думаю состояние у фотона, все-таки, существует вполне определенное независимо от измерения. А такие понятия как «возникновение состояния в момент измерения» возникли из-за ложных аналогий.
                        +1
                        Я не имел ввиду математические аналоги. Любое измерение это обмен энергиями. Что приводит к изменению состояния.
                          +1
                          Беда в том, что даже сами физики до сих пор не могут толком определиться, что считать измерением, кто такой наблюдатель и т. д. Скажем, если наблюдателей двое, и один посмотрел на результат измерения, а второй — нет, то для второго система остаётся в неопределённом состоянии, несмотря на то, что само макроскопическое измерение уже произошло. Да и коллапс волновой функции, насколько я знаю, до сих пор остаётся костылём, вынужденно притянутым за уши.

                          Короче, всё упирается в давно висящую проблему интерпретации, и сдвигов пока не видно.
                            0
                            Согласно многомировой интерпретации, никаких проблем нет. Никакого «схлопывания» не происходит. Вместо этого происходит запутывание наблюдателя с наблюдаемым. Таким образом, при измерении спина одного из запутанных фотонов, Алиса запутывается с этим фотоном, а со вторым никаких процессов не происходит (только он становится запутанным еще и с Алисой).
                              0
                              Да, я хотел упомянуть, что интерпретация Эверетта эти проблемы очень изящно решает, но не хотелось раздувать комментарий. Раз она не является общепринятой (хотя и одна из наиболее популярных), значит, чего-то существенного ей не хватает, но я, к сожалению, не настолько в теме, чтобы знать, чего именно. Впрочем, возможно, физиков просто устраивает существующий мат. аппарат в рамках копенгагенской интерпретации, а многомировая теория не может предложить ничего нового, кроме чисто философской трактовки…
                                0
                                Да, это, скорее, философский вопрос. Результаты измерений дают математические формулы, а что происходит «на самом деле» каждый решает сам для себя. Хотя в последнее время есть подвижки в этом вопросе: все большие объекты (макромолекулы) демонстрируют квантовое поведение в эксперименте. Возможно, не за горами реальный опыт с «котом Шредингера», в котором будет экспериментально доказано, что он находится в состоянии полумертвой суперпозиции.
                                  0
                                  Хых. Дело не в этом. В такой многомировой интерпретации просто не существует концепции событий, стрелы времени и ОТО не работает. Да и в стандартную картину мира он особо не укладывается, потому что, ведь, тогда бы получалось, что вообще всё было перепутано во время Большого Взрыва и у нас было бы всё абсолютно симметрично, и никаких случайных флуктуаций. Поэтому её не особо и признают. Да и назвать её популярной тоже нельзя.
                                    0
                                    Да и назвать её популярной тоже нельзя.
                                    Где-то попадались мне результаты опросов физиков относительно предпочитаемой интерпретации, многомировая там была то ли на втором, то ли на третьем месте, причём там чётко выделялось несколько «лидеров» (в число которых вошла и теория Эверетта), набравших в разы больше голосов, чем все остальные интерпретации. К сожалению, не могу сейчас найти эту табличку…

                                    Вопросы ОТО и Большого Взрыва, увы, полноценно обсудить не смогу: не компетентен. Однако на мой дилетантский взгляд, противоречия такого быть не должно. Даже если всё изначально запутанно, сконфигурировано и предопределено, это всё относится лишь к волновой функции Вселенной, а классические состояния (к которым относятся воспринимаемые нами результаты измерений и флуктуации) в этой концепции продолжают оставаться вероятностными.
                                      +1
                                      ОТО вообще с любой квантовой теорией плохо сочетается, независимо от интерпретации. А вот абсолютная симметрия нисколько не мешает флуктуациям. Да, единичная флуктуация в некоторой точке A нарушает симметрию пространства, однако суперпозиция «вселенных» с одной флуктуацией во всех возможных точках пространства уже полностью симметрична. По поводу популярности уже написали.
                                        +1
                                        Почему с любой? Есть же квантовые струны и концепция спинорной пены. А о флуктуациях в рамках такой интерпретации говорить, насколько я понимаю, нельзя. Флуктуация в одномировой интерпретации — это коллапс волновой функции. Многомировая интерпретация — это унитарная эволюция… И там вообще не понятен механизм событий. Оно как бы говорится: вот в нашей вселенной происходит событие. А как это «происходит событие» вообще никак ни математически, ни даже концептуально не описывается. И это проблема.
                                          0
                                          Многомировая интерпретация заменяет коллапс в одно состояние на суперпозицию невзаимодействующих (точнее очень слабо взаимодействующих) вселенных, в каждой из которых произошел коллапс в свое состояние. Т. е. с точки зрения наблюдателя разницы нет: в доступной для его наблюдения части вселенной произошел коллапс. То, что при этом для сохранения унитарности вселенная расщепилась, он проверить не может.

                                          А математически это полностью эквивалентно запутыванию. Пусть a и b — два состояния поляризации фотона, Z — состояние наблюдателя до измерения, A и B — состояния «наблюдатель видит фотон в состоянии a и b» соответственно.
                                          Тогда для случая коллапса:
                                          (a + b)Z -> aA либо bB,
                                          в многомировой интерпретации
                                          (a + b)Z -> aA + bB,
                                          причем, т. к. наблюдатель — макроскопический объект, то интерференции между aA и bB не происходит.
                                            0
                                            IMHO, это всё неудовлетворительно. Потому что: 1. Зачем вселенной обязательно надо сохранять унитарность? 2. Это никак не объясняет, что такое наблюдение, и почему мы наблюдаем именно коллапс, а проблема с интерпретацией КМ именно в этом. 3. А во что при такой интерпретации превращаются законы сохранения? Это ж кошмар какой-то, наверное, на каждый чих плодить бесконечно много электронов.
                                              0
                                              1. Бритва Оккама: унитарность есть для микрообъектов, почему ее не должно быть и для макро?
                                              2. Мы наблюдаем коллапс, потому что параллельные вселенные недоступны для наблюдения.
                                              3. С законами сохранения как раз гораздо лучше в многомировой интерпретации, т. к. при коллапсе они могут нарушаться.
                                                0
                                                1. Ээээ. Унитарность есть для волновых функций, а не для микрообъектов. И проблема-то не в макрообъектах, а в коллапсе.

                                                2. Что такое «мы наблюдаем»? — вот же главный-то вопрос. Всё-равно каким-то образом из этого многомирья формируется конкретная Вселенная, за счёт какого механизма?

                                                3. Эмс… Странно. А почему мы тогда не наблюдаем этого сохранения? То есть, вроде как, при таком подходе часть энергии и имульса должна оставаться в других вселенных. Почему же мы такого не видим?
                                                  0
                                                  1. Коллапс — это как раз нарушение унитарности, которое происходит при взаимодействии с «неквантовыми» объектами. Граница квантовых/классических объектов размыта (и в этом проблема), но большинство интерпретаций безусловно относят наблюдателя к классическим. Многомировая же говорит, что границы нет и весь мир — квантовый.

                                                  2. Тут все наоборот, конкретная вселенная не формируется, а является составной частью мультивселенной. Волновая функция мультивселенной есть просто линейная комбинация волновых функций обычных. Однако ненулевые области волновых функций простых вселенных находятся так далеко друг от друга в фазовом пространстве, что их эволюция не может приводить к интерференции (любому влиянию) вселенных друг на друга. Коллапс волновой функции эквивалентен ее обнулению вне островка одной из вселенных.

                                                  3. Там немного не такая формулировка, сохраняется средняя энергия по всем вселенным. Но в случае коллапса все намного хуже: пусть у нас есть частица в состоянии суперпозиции энергий E1 и E2. Ее энергия будет где-то посередине, для примера пусть будет (E1+E2)/2. Проводим измерение и обнаруживаем, что энергия стала или E1 или E2, т. е. налицо явное несохранение энергии.
                              0
                              А что такое «реальный мир»? Математические модели и есть реальный мир. Попытки мыслить исходя из бытовой интуиции («но фотон должен иметь определенное значение углового момента») не работают. В то же время, не стоит думать, что за математикой кроме формул ничего не стоит, надо просто думать в новых терминах, и новая интуиция выработается.
                                0
                                Я материалист. И я считаю что реальный мир существует независимо от наличия в нем человека и разума и, тем более, независимо от каких-либо придуманных этим разумом моделей.
                                  +3
                                  Мы не видим реального мира, мы «видим», условно говоря лишь продукт нашей психики. Потому все, что нам остается — это и есть, строить, доказывать и опровергать научные модели, в тщетных попытках построить полную модель, которая могла бы ответить на все фундаментальные вопросы.
                                  0
                                  > Попытки мыслить исходя из бытовой интуиции («но фотон должен иметь определенное значение углового момента») не работают

                                  При этом, когда придумывается некое илюзорное явление которое ничего не объясняет и никак не доказывается — это научный подход? Ну-ну
                                    +1
                                    >Я материалист. И я считаю что реальный мир существует независимо от наличия в нем человека и разума и, тем более, независимо от каких-либо придуманных этим разумом моделей.

                                    Вы, видимо, неправильно понимаете формулировку квантовой механики. Квантовомеханическое измерение это ничто иное, как процесс взаимодействия с класическим телом. Существования разума или наблюдателя не подразумевается.

                                    >При этом, когда придумывается некое илюзорное явление которое ничего не объясняет и никак не доказывается — это научный подход? Ну-ну

                                    Что именно вы называете «илюзорным явлением»? Схлопывание волновой функции? Существование состояний фотона без определенной поляризации?
                                      0
                                      Что именно вы называете «илюзорным явлением»? Схлопывание волновой функции? Существование состояний фотона без определенной поляризации?

                                      А что, очень похоже на чайник Рассела — у фотона есть суперпозиция состояний, но мы не можем её наблюдать, так как при наблюдении функция схлопывается и появляется конкретное значение.
                                      :D
                                        +2
                                        По непонятным причинам, суперпозицию в этом треде считают каким-то мистической ненаблюдаемой избыточной сущностью, призванной только всех запутать. На самом деле, это строго определенное, легко наблюдаемое и логичное явление, кроме того одно из основных понятий современной физики.
                                          0
                                          Когда суперпозицию описывают в научно-популярных источниках, создаётся именно такое ощущение.
                                          А приведите эксперимент, который подтверждает наличие суперпозиции у квантов.
                                            0
                                            Тяжело пытаться «подтвердить» что-то, настолько базовое. Если бы суперпозиции не существовало, сложно представить, что в квантовой физике следует оставить. Скажем, сам понятие квантового состояние, или волновая природа материи, все это подразумевает существование суперпозиции.
                                              +1
                                              У каких таких «квантов»?
                                    0
                                    Да и интерес к квантовым копьютерам возник не на пустом месте. Я правда смутно себе представляю квантовые алгоритмы, но есть убеждение что со стабильными и неизменными состояниями они не были бы возможны.
                                      0
                                      Может быть я и не прав. Но я хотел-бы верить все-таки результатам экспериментов, а не одному из вариантов их интерпретации. И этот вариант не кажется мне самым лучшим. Пока мне кажется что одну непонятность просто объяснили через другую. И ни одна из них из-за этого не стала понятнее. Не самый лучший способ научных исследований.
                                        0
                                        Так как раз квантовые компьютеры родились из экспериментальных проверок квантовых эффектов. Чем не эксперимент?
                                        Даже есть рабочие машины где такие квантовые эффекты применяются успешно — D-Wave.
                                          0
                                          А про D-Wave чего-нибудь достоверно известно, кроме того, что у них заказали установки Lockheed и Google?
                                            0
                                            Есть статьи, публикации и реальные тесты. Гугль в помощь. Если кортотко то:
                                            «Если совсем коротко и просто, то сие есть аппарат для решения задачи дискретной оптимизации методом квантового отжига — см. слайд №13 в презентации dwave.files.wordpress.com/2010/10/20100909_d-wave_unit_cell_overview_i_richard_harris.pdf .» (с) sirius-lj.livejournal.com/43486.html
                                              0
                                              Не. Ну теория-то понятна и интересна. Вопрос в том, как у них там всё работает (и работает ли? меня вот лично напрягает, что анализ установки для Google проводила профессор социологии и технологии какого-то колледжа с малопонятным называнием).
                                                0
                                                Тк свечку не держал, могу только ссылаться на публичные данные согласно которым польза есть.
                                              0
                                              -dup removed.
                                        +1
                                        Вы физик? К вашему же удивлению — эти математические аналогии возникли на основе наблюдений, для того что бы обьяснить данные феномены, а не наооборот.
                                      +1
                                      Это «схлопывание» — только абстракция, такая-же как и «суперпозиция».

                                      Вроде, не все так просто (рад буду ошибиться). Спин частицы можно изменять без измерения.

                                      Приводили такой пример для понимания. Есть два черных ящика. В каждом монета. Любой из ящиков можно трясти, монета переворачивается (аналогия — изменение спина без измерения). После измерения (вскрытия), монеты в двух ящиках всегда окажутся в симметричном состоянии (если одна орел, то другая решка). Однако после вскрытия одного из ящиков теряется связь между ними (монеты больше не будут в симметричном состоянии).

                                      Буду благодарен, если кто исправит мое понимание.
                                        0
                                        Однако, в этом примере независимо от того, измерено состояние монеты или нет — оно будет вполне определенным (пока ящики не трясутся). А вот квантовая физика утверждает что суперпозиция — это именно «смесь» всех состояний. Мне это утверждение кажется надуманным.
                                          0
                                          Это утверждение следует из экспериментов.
                                            –2
                                            Это утверждение следует из того, что мы пока не до конца понимаем результаты этих экспериментов. И, по моему субъективному мнению, ученые выбрали не лучший способ их объяснения.
                                              +2
                                              Скажем так, такая модель даёт самые точные и предсказуемые результаты. А больше физикам ничего и не надо.
                                            0
                                            Мы живем в вероятностной вселенной, когда можно предсказать, что, при нормальном распределении, если вы не включите чайник он не вскипятит воду в пределах трех сигм. На квантовом уровне последовательность событий влияющих друг на друга воспроизвести не удается(? как бы я рад был ошибиться). Все же верно говорить не о смеси состояний, а о сумме возможных взаимоисключающих состояний.
                                            В кавантовом мире блондинка из анекдота действительно или встретит динозавра на улице или нет. В реальном мире такого не произойдет, и для реального мира волновая функция и ее коллапс кажутся бессмыслицей. В квантовом мире нужно учитывать что функция рельно, для локального наблюдателя, способна принять самые маловероятные состояния.
                                            Мы локальные существа, наш мир такой. Квантовая же частица для локального существа — суперпозиция состояний.
                                            Наверное, это проще принять чем объяснить.
                                            Да и вполне возможно, что все это грандиозный вброс, а ученые на полном серьезе занимаются интерпретацией этого вброса вот уже почти 100 лет :)
                                              0
                                              «что все это грандиозный вброс»

                                              Скорее не «вброс», а манипулирование чисто математическими понятиями в угоду публике. Придумали «телепортацию» там, где вообще ничего общего с нею нет. Придумали безопасный обмен ключами, где тоже безопасностью и не пахнет. Именно это расстраивает и заставляет подозревать некоторых ученых в предвзятости и популизме.
                                                0
                                                Есть факт телепортации состояния спутанных частиц, переноса энергии и материи не наблюдается. Алгоритма взлома такого обмена ключами пока нет.
                                                  –3
                                                  Точнее не так: есть факт переноса информации без переноса энергии и материи, что и принято называть телепортацией
                                                    +1
                                                    факта _переноса_ на самом деле нет. Есть только математика и логика. Непосредственно _переноса_ нет.
                                                      0
                                                      Тогда интернет тоже просто математика и логика, вы же получаете электромагнитные импульсы, которые не несут для наблюдателя очевидного смысла.
                                                      +2
                                                      Ну так автор статьи и пишет что нет никакого переноса чего-бы то ни было. Ни материи, ни энергии, ни информации. Рассуждения о переносе чего-то в данном случае очень похожи на превышение скорости света фронтом волны. Есть иллюзия переноса чего-то. При этом оно остается иллюзией. Соответственно, называть это «телепортацией» — безосновательно.
                                                        0
                                                        Боб получает сообщение Алисы, Боб может восстановить сообщение Алисы после получения информации об ошибках — где иллюзия? Или сообщение об ошибках содержит само сообщение? До получения сообщения об ошибках происходит ли перенос материи или энергии? Зашифрованный SHA пароль по-вашему тоже не информация, раз его нельзя восстановить обратным алгоритмом?
                                                          +1
                                                          При этом сообщение передается по обычным каналам связи. С помощью квантовой запутанности происходит лишь формирование общего ключа. При этом запутанные фотоны и к Бобу и к Алисе идут тоже обычными путями. Больше в этой системе ничего не передается — никаких квантовых состояний. Тем более мгновенно.
                                                            0
                                                            По обычным каналам связи передается не сообщение, а набор ошибок.
                                                    +1
                                                    Да ладно, любой кто бывал на дискотеке со стробоскопом поймет квантовую теорию :)
                                                    +1
                                                    Зря Вам так кажется. Существует строгое доказательство (на самом деле, гораздо более строгое, чем многое в классической физике) того, что существует именно неопределённость (отсутствуют скрытые переменные). Это называется теорема Белла и она сформулирована так: если есть скрытые переменные, значит результат наблюдений должен быть таким-то, если их нет, то таким-то. Затем физики проводят эксперимент и видят, что он соответствует ситуации, когда скрытых переменных нет.

                                                    Ну. И вообще, квантовая система, в общем-то, всегда находится в определённом состоянии, которое задаётся волновой функцией. Но это именно функция, а не параметр. И эта функция задаёт вероятности исходов различных наблюдений. «Смесь», фактически означает, что мы получаем при измерении несколько различных результатов с разными вероятностями.

                                                    И это результаты эксперимента. Никакой надуманности тут нет. Почитайте об эксперименте Штерна-Герлаха. Вселенная такова, что определённости не существует.
                                                    0
                                                    Это неудачная аналогия (она подразумевает, что эти частицы/монеты — отдельные, но могут влиять друг на друга на любом расстоянии мгновенно).

                                                    Лучше другая — берут банкноту, рвут её на две части (не рассматривая разрыв), в каждом ящике — своя половина. Теперь можно переместить каждый ящик как угодно далеко и проделать «измерение» — открыть какой-нибудь ящик и мгновенно узнать, как выглядит другая половина банкноты в другом ящике.

                                                    Этот пример (на мой взгляд) лучше показывает, что никакой передачи информации «быстрее скорости света» не происходит.

                                                    Но у него (как и у любой аналогии) есть другой недостаток — в нём подразумевается, что после «запутывания частиц» они (частицы) уже «определились» со своими состояниями — т.е. спин первой частицы уже не изменится, мы просто узнаем его во время нашего измерения. А это не верно (см. «Неравенства Белла»).
                                                      0
                                                      что после «запутывания частиц» они (частицы) уже «определились» со своими состояниями — т.е. спин первой частицы уже не изменится, мы просто узнаем его во время нашего измерения

                                                      Ключевой момент: можно ли изменять спин частицы путем внешнего воздействия (так, чтобы сохранить в спутанном состоянии)?

                                                      Если нет — то принцип локальности не нарушается. А если можно — то передача состояния таки происходит, но нет способа использовать этот эффект для передачи информации.
                                                        0
                                                        Не совсем верно говорить о «воздействии на одну из частиц». «Запутанные частицы» описываются одной волновой функцией, т.е. это, по-сути, одна частица/волна.
                                                          0
                                                          Ну пусть одна и в разных местах. Можем мы изменить состояние в точке А, чтобы оно одновременно изменилось в точке Б? Насколько я понял — можно. Только вот информацию передать нельзя — так как измерение можно выполнить лишь единожды.
                                                            0
                                                            Можем мы изменить состояние в точке А, чтобы оно одновременно изменилось в точке Б?
                                                            Да. Именно так всегда и происходит.

                                                            Только это — измерение. Если же хочется «принудительно» установить спин частицы А в желаемое значение — это что-то другое.
                                                              0
                                                              Только это — измерение.

                                                              А до измерения? Не в «желаемое значение», а просто перевернуть спин.

                                                              Я думал вся суть как раз в том, что можем воздействовать (без измерения) на частицу, и это воздействие сказывается в другой точке пространства моментально. А измерение — это лишь завершающий этап, когда мы получаем результат и одновременно прерываем спутанное состояние. Если нет — то взаимодействие лишь математическая фикция.
                                                                0
                                                                Я думал вся суть как раз в том, что можем воздействовать (без измерения) на частицу, и это воздействие сказывается в другой точке пространства моментальноНет. Суть в том, что узнавая параметры одной частицы, мы одновременно узнаём параметры другой.
                                                                  0
                                                                  Нет. Суть в том, что узнавая параметры одной частицы, мы одновременно узнаём параметры другой.

                                                                  Вы точно это знаете? Тут чел., вроде связанный с темой, утверждал обратное (ниже писал и в физических терминах).

                                                                  То есть можно менять состояние частицы в точке А ДО ИЗМЕРЕНИЯ. И все равно, при измерении окажется что это влияние в точке А произвело изменения состояния частицы в точке Б.

                                                                  А вот использовать для передачи информации не получится — когда мы изменяем состояние до измерения, не знаем что на что изменяется.
                                                                    0
                                                                    Не вижу никаких противоречий. Кроме того, не стоит забывать про относительность понятия одновременности — оно тоже присутствует.
                                                                      0
                                                                      Не вижу никаких противоречий.

                                                                      Ключевой вопрос: можем ли каким либо образом изменять состояние частицы ДО измерения?
                                                                        0
                                                                        Можем, конечно. Если направить один из запутанных фотонов в зеркало, мы изменим его импульс на противоположный.
                                                                          0
                                                                          И одновременно это повлияет на импульс фотона в точке Б? То есть он изменится, однако не известно что на что изменилось. Так?
                                                                            0
                                                                            Если импульс частицы был одним из «запутанных» параметров — то да.
                                                                              0
                                                                              Нет, манипуляциями с параметрами одной из запутанных частиц изменить эти параметры для другой нельзя. В лучшем случае будет разрушено состояние запутанности. В примере с отражением импульса одной из запутанных частиц состояние (10-01) станет (00-11).
                                                                                0
                                                                                Нет, манипуляциями с параметрами одной из запутанных частиц изменить эти параметры для другой нельзя.

                                                                                Вот это и есть ключевой вопрос. Человек, который связан с темой (насколько я понял профессионально), утверждал, что можно изменять некоторые параметры частиц без потери спутанности. При этом изменение параметра в точке А, одновременно изменяет параметр частицы в точке Б. Но использовать это для передачи информации не получится — мы не знаем что на что мы изменяем.

                                                                                Если же нельзя изменять состояние до измерения — то все это не более чем математическая фикция.
                                                                                  0
                                                                                  Перечитал заново — действительно, непонятно написано.
                                                                                  0
                                                                                  После этого он будет продолжать оставаться запутанным?

                                                                                  Поясню. Есть 2 мнения делитантов:

                                                                                  1. Запутанные частицы подобны часам. На какое расстояние их не разнести — показывают согласованное время. При этом никакой передачи состояний из точки А в точку Б нет — просто механизм таков.

                                                                                  2. Запутанные частицы действительно связанны и активное изменение состояние одной приводит к изменению состояния другой (до измерения). Ну, или, если рассматривать их как одно целое — изменение состояния в точке А сказывается на состоянии в точке Б.
                                                                                    0
                                                                                    По ссылке написан полный бред. Если поместить два запутанных объекта в идеально изолированные коробки и провести с ними какие-нибудь операции (так чтобы не испортить запутанность, т. е. не провести случайно «измерение»), то получим просто запутанные результаты операции. Пусть одна коробка проводит операцию F, а вторая — G, тогда запутанное состояние (01-10) станет запутанным состоянием (F(0)G(1)-F(1)G(0)).

                                                                                    Будут ли оставаться запутанными частицы зависит от характера воздействия. Если воздействие принципиально не позволяет получить какую-либо информацию о частицах (унитарные квантовые операции F и G), то частицы остаются запутанными. Если же проводится «измерение», то проходит полный «коллапс» всей системы и состояние запутанности разрушается.

                                                                                    Вообще, с точки зрения многомировой интерпретации, при измерении состояния частицы в точке А, никакого воздействия на частицу в точке Б не происходит. «Коллапс» — это всего лишь наблюдаемый эффект запутывания наблюдателя с наблюдаемым. Т. е. эффект от измерения в точке А остается локальным.
                                                                                      0
                                                                                      «Коллапс» — это всего лишь наблюдаемый эффект запутывания наблюдателя с наблюдаемым.

                                                                                      Кем наблюдаемый? Хых… В этом вот основная проблема современной физики. Не хотят физики почему-то заняться этим архиважным понятием.
                                                                                      +1
                                                                                      Представьте, что есть два возможных варианта: спин вверх-спин вниз и спин вниз-спин вверх. Условно говоря, каждый вариант будет во времени эволюционировать независимо, а система оставаться в их суперпозиции, но ровно до тех пор, пока не производится измерение, после чего она схлопнется к одному из них. К примеру, если мы перевернем спин первого фотона зеркалом, система будет находиться в суперпозиции состояний спин вниз-спин вниз и спин вверх-спин вверх.

                                                                                      Чем это отличается от синхронизованных часов? Можно придумать эксперимент, исход которого будет различаться в случае если фотоны заранее знают, в каком состоянии они находятся и в случае, если такое состояние возникает только в момент измерения (см. Неравенство Белла). Эксперимент был поставлен и подтвердил вторую теорию.
                                                                                        +1
                                                                                        Спасибо за ликбез.

                                                                                        Можно придумать эксперимент, исход которого будет различаться в случае если фотоны заранее знают, в каком состоянии они находятся и в случае, если такое состояние возникает только в момент измерения (см. Неравенство Белла).

                                                                                        «фотоны заранее знают» — как они могут знать, если у них нет сознания?

                                                                                        Про неравенства Белла читал. Но там не написана суть — как именно определили, что состояние возникает только в момент измерения? Как это вообще можно определить? Не занимались этим вопросом детально? Могли бы объяснить суть? А то у меня банально нет времени на изучение (там не все просто), хотя очень интересно.
                                                                                          0
                                                                                          Ниже дали ссылку на самое простое объяснение, что я видел.
                                                                                          Можете пропустить формулы.
                                                                                            0
                                                                                            Просмотрел, но там нужно вникать, 33 страницы. Может потом найду время…

                                                                                            А вы разобрались? Могли бы объяснить в чем суть очень кратко?
                                                                                              0
                                                                                              Вам хватит с 5 по 16 страницы.

                                                                                              Любая моя попытка объяснить короче будет заведомо ущербной.
                                                              0
                                                              Нет проблем с передачей информации на скоростях выше скорости света, т.к. классическая теория не позволяет производить взаимодействие на скоростях выше с, но взаимодействие произошло в омент связывания частиц. Да и философскую точку зрения такая передача не нарушает, т.к. обычные методы обработки такой информации не применимы пока на нормальных скоростях не будет получен набор ошибок.
                                                                0
                                                                Непонятно одно: эта передача есть математическая фикция, или же реально можно изменять спин частицы, взаимодействуя на нее в точке А, чтобы спин изменился и в точке Б.
                                                                  0
                                                                  Реально. Нобелевки давно уже раздали. Сейчас только плоды.
                                                            0
                                                            Все абстракция. Вы видите и понимаете весь мир через призму человеческого разума, который только абстракциями оперирует.
                                                    +1
                                                    То есть состояние фотонов меняется мгновенно, но, поскольку при измерении Алисы каждый из них с равной вероятностью может оказаться в любом из состояний, то и Боб получит, грубо говоря, случайную кашу из фотонов (зеркально отражающую состояние фотонов Алисы, но, тем не менее, случайную)? Я правильно уловил суть?
                                                      0
                                                      Более или менее =) Да, ни Боб ни Алиса не знают изначально, какое состояние примут фотоны после измерения. А Шрёдингер говорил, что даже Бог не знает, что произойдёт после измерения.
                                                        0
                                                        недавно же была статья, что если вам не понравилось то состояние, которое вы получили, то можно его откатить назад
                                                        таким образом при некотором упорстве можно составить необходимое послание

                                                        имхо тогда проблема заключается в том, что никто не знает, когда это послание в итоге получится — этот счастливый момент все равно придется синхронизировать через обычный канал связи
                                                        0
                                                        Да — именно. Т.к. невозможно задать определенное состояние одного из фотонов.

                                                        Кстати, это говорит в пользу утверждения что на самом деле «суперпозиция» — искусственно введенное понятие не имеющее отношения к реальности.
                                                        0
                                                        Передавать информацию через разницу в интервалах измерений?
                                                          0
                                                          Ага, код Морзе, основанный на длительности интервала между изменениями состояния.
                                                            +2
                                                            Наблюдение за тем, когда же вторая частица изменится влияет на неё.
                                                              +1
                                                              Боб никакими измерениями над своим фотоном не сможет узнать, измерила ли состояние своего Алиса.
                                                              0
                                                              Вообще-то мы никогда и не придумаем. Ибо есть теорема, которая показывает, что нельзя при помощи перепутанных квантов передать информацию (забыл название). Проблема примерно в следующем: вы удивительным образом получаете парадокс о том, что эта связь работает быстрее скорости света только зная о том, во что сколлапсировала парная частица «на другом конце Галактики». Пока Вы об этом не узнаете, измерение для Вас будет выглядеть случайным.
                                                          +4
                                                          Ну, теперь-то действительно стало всё понятно :))

                                                          з.ы. а если серьёзно, то хорошая заметка.
                                                            0
                                                            А можно по подробней про вероятность. Правильно я понял что мы определяем что фотон со спином вверх с вероятностью 0.5, то это значит что он с такой же вероятностью может быть и вниз? То есть это как бросание монетки?
                                                              0
                                                              Верно.
                                                                0
                                                                Вы уж простите, не физик, поэтому могу задать совсем глупый вопрос. То есть правильно получается, что способа закодировать какое-либо сообщение с помощью только тех же фотонов не существует? Потому что спин у них всегда случаен?
                                                                  +4
                                                                  Верно. Факт уточнения фотона не даёт абсолютно никакой информации, кроме уточнения фотона.
                                                              –1
                                                              На счет защиты от «Man in the middle» тоже есть некоторые сомнения.

                                                              Я так понимаю, такой способ можно использовать только для получения и Бобом и Алисой одинакового случайного ключа для передачи зашифрованных им данных по обычным каналам связи.

                                                              Если такой «мэн посередине» перехватит один из потоков запутанных фотонов, например, направленный Бобу, измерит их состояние (схлопнет волновую функцию), а потом отправит дальше Бобу копии этих фотонов с таким-же состоянием — что изменится? Боб ничего не заметит, Алиса — тем более. Оба они получат фотоны с нужным кодом. Тут можно, конечно, играться со временем получения этих фотонов, но это уже не имеет отношения к квантовой физике, а только к организационным мерам, которые тоже можно «обойти».
                                                                0
                                                                Безусловно, как только кто-то получит доступ к фотонам, все закончится, но это уже не мэн посередине
                                                                  0
                                                                  Вы не поняли. Закончится умозрительное «запутанное состояние». Но не закончится процедура «сверки паролей». И она пройдет не смотря на наличие «мэна посередине». Т.к. ни Алиса ни Боб не в состоянии определить (как вы заметили ранее) что фотоны были в запутанном состоянии.
                                                                    +1
                                                                    Нет потока фотонов. Мы сделали пару фотон а — фотон б в лаборатории, и фотон б в коробочке отдали Бобу. Он полетел куда нибудь и там уже принимает передачу Алисы.
                                                                    Если хотите, то, каким образом Алиса и Боб получают эту пару запутанных фотонов, не входит в описание алгоритма. Мы изначально принимаем за истину тот факт, что у них уже есть эта пара, и перехватить её нельзя. Каким же образом эта пара разделяется между Алисой и Бобом — другой вопрос, несколько сложнее
                                                                      0
                                                                      Это теоретически. Фактически сейчас в реально существующих решениях потоки есть (насколько я знаю).

                                                                      Если принять ваш вариант — тогда да. Но Алиса и Боб в таком варианте могли-бы спокойно просто обменяться паролями, а не «запутанными фотонами». Функциональность останется той-же самой.
                                                                        0
                                                                        Алиса и Боб могут измерениями проверить, были ли фотоны запутанными (правда не со 100% точностью). Для этого они должны мерить спин не только вверх-вниз, но и право-лево. Реально проверка проводится, например, так: запускается куча запутанных фотонов, Алиса с Бобом случайно выбирают направление вверх-низ либо право-лево (независимо, чтобы нельзя было перехватить), при этом примерно половину раз направления у них совпадут. Далее они сверяют результаты измерений для совпавших направлений, если хотя бы в одном спины не были противоположны, значит фотоны не были запутанными — кто-то сидит посередине и ловит фотоны (либо линия передачи некачественная).
                                                                  +1
                                                                  >измерит их состояние
                                                                  Во первых, нужна знать базис, в котором будет производить измерения Алиса. Грубо говоря, если Алиса будет мерять горизонтальную составляющую поляризации, то проводить измерение вертикальной составляющей нет смысла. Это чтобы хотя бы прочитать, что хочет передать Алиса.

                                                                  >а потом отправит дальше Бобу копии этих фотонов с таким-же состоянием
                                                                  С каким таким же? Исходное состояние потеряно безвозвратно, новые фотоны не будут иметь запутанности с вторыми фотонами, и измерения Алисы и Боба не будут коррелировать вообще. Подделать передачу невозможно.
                                                                    –1
                                                                    > Во первых, нужна знать базис

                                                                    Это обычная информация выяснить которую вполне реально обычными способами.

                                                                    > Исходное состояние потеряно безвозвратно

                                                                    Оно не потеряно. Оно известно «мэну посередине».

                                                                    > новые фотоны не будут иметь запутанности с вторыми фотонами

                                                                    Мы уже выяснили что невозможно определить запутаны два фотона или нет. Все действия Алисы и Боба будут заключаться в _измерении_ вполне определенного состояния фотона. А «подделать» именно такое состояние, думаю, не составит особого труда.
                                                                      0
                                                                      >Оно не потеряно. Оно известно «мэну посередине».
                                                                      Стало известным только каким состояние СТАЛО после измерения, не более.
                                                                        –1
                                                                        Тем не менее, т.к. фотоны «запутаны», состояние связанного фотона тоже будет предсказуемо.

                                                                        А продублировав фотон (не запутав, а именно, создав копию исходного фотона в контексте нужного состояния) и отправив его дальше Бобу, можно сохранить нужное соотношение свойств соответствующего фотона у Алисы и у Боба. И они не узнаю о том, что фотон был перехвачен. Т.к. они в принципе не способны определить в каком состоянии к ним пришел фотон — в запутанном или нет.
                                                                          0
                                                                          Запутанность фотонов означает всего лишь (грубо говоря) корреляцию измерений, при совпадающих базисах она будет 100%, при ортогональных — 0%. После измерения исходный фотон переходит в новое состояние, а старое теряется. Поинтересуйтесь процедурой создания запутанных пар, чтобы понять, что воссоздать исходное состояние невозможно, независимо от того, какой результат Вы получите в ходе измерения (а Вы получите с вероятностью в 50% результат 0, и с той же вероятностью 50% результат 1).
                                                                            –1
                                                                            «После измерения исходный фотон переходит в новое состояние»

                                                                            С чего вы взяли если вы не можете определить его состояние без измерения? Что при этом означает «старое состояние» если вы не можете его определить? Т.е. получается по вашему, что «суперпозиция» — это просто «не измеренное состояние». Но это не означает что это состояние «неопределенно». Оно вполне определенное, только вы его не знаете.

                                                                            Все больше создается впечатление что «суперпозиция» в квантовой физике это что-то вроде «нанотехнологий» в России. Придумали какую-то дурацкую терминологию для того, чего мы еще не понимаем и везде ее используют как истину в последней инстанции. :( По мнению физиков получается что «то, чего мы не наблюдаем, не имеет никакого состояния»? Или «то, что ни с чем не взаимодействует не имеет никакого состояния»? Ну чушь-же!
                                                                              +3
                                                                              С чего вы взяли если вы не можете определить его состояние без измерения?
                                                                              Если вы сможете определять квантовое состояние без измерения, вы станете более знаменитым чем Ньютон и Эйнштейн вместе взятые.
                                                                                0
                                                                                Так это zuborg рассуждает так, как будто может это делать, а не я. Он рассуждает про «новое состояние, а старое теряется». Т.е. подразумевается что он может измерить это «старое состояние» и доказать что оно «теряется». Но он-же сам признавал что не может этого сделать. Т.е. он сам себе противоречит.
                                                                                  +1
                                                                                  Перед измерением фотон был в одном состоянии (его состояние описывалось волновой функцией, при этом некоторые параметры не имели определённых значений *). После измерения фотон описывается иначе (коллапс, эти параметры приняли конкретные значения **).

                                                                                  Это и есть то «другое состояние» частицы.

                                                                                  * — например, спин может быть в состоянии +1 или -1 с вероятностью 50%
                                                                                  * — например, точно стало известно, что спин равен +1
                                                                                    +3
                                                                                    Уважаемый, попрошу не приписывать мне слов, которых я не говорил, и тем самых не вводить коллег в заблуждение. Я понимаю, что Вы все ответы интерпретируете со своей точки зрения, в которой все частицы имеют какое-то определенное состояние, и только несовершенство приборов и технологий экспериментов не позволяет нам его узнать. Этой точке зрения сотни лет, но и устарела она уже минимум на полстолетия. Наличие неопределенности (не зависящей от возможных скрытых неизвестных параметров) доказано экспериментально, в комментах выше уже упоминалась теорема Белла.
                                                                                      0
                                                                                      zuborg, извиняюсь. Возможно я напутал с авторами.

                                                                                      В общем, я сожалею что из-за моей неспособности донести свою мысль многие были введены в заблуждение о том, что я имею ввиду. Я вижу что многие считают что я собираюсь упрощать квантовую физику до «кухонного уровня». А я всего-лишь высказал свои сомнения с учетом комментируемой статьи.
                                                                      +1
                                                                      Нельзя послать копии этих же фотонов. Есть теорема о запрете клонирования. Поэтому любой фотон, который сгенерит Ева (eavesdropper) не будет запутанным с фотоном Алисы, что будет видно при сравнении результатов Алисы и Боба.
                                                                      0
                                                                      Недавно прочитал про «обратный коллапс» волновой функции, но не очень-то понял. Кто-нибудь может объяснить, что это такое?
                                                                        +5
                                                                        А что насчёт недавней информации по поводу отмены коллапса волновой функции? Кто-нибудь вдавался в подробности?
                                                                        Если это подтверждается, и Алиса может отменять измерение до тех пор, пока не получен нужный бит, то процедура сверхсветовой передачи данных становится теоретически возможной.
                                                                        Достаточно ввести таймаут — время, за которое Алиса наткнётся на нужный бит с приемлемой вероятностью. Ну а если не повезло и нужный бит не выпал за всё время таймаута — так не страшно, ошибки в битах и сейчас случаются — контрольные суммы и помехоустойчивые коды в помощь.
                                                                          0
                                                                          Останутся ли частицы связанными после отмены коллапса?
                                                                            +1
                                                                            Коллапс — это и есть разрыв связи ИМХО.
                                                                            +1
                                                                            Что-то мне подсказывает, что природу не обманешь )
                                                                            В эксперименте рассматривался один незапутанный кубит, возврат состояния последующим измерением навряд ли восстановит исходное запутанное состояние, скорее, ещё более усилит декогеренцию.
                                                                              +1
                                                                              Квантовая запутанность, и в частности «квантовая коммуникация». Как сказано в Вики, «отмена коллапса волновой функции» уже проверена экспериментально. А значит, можно создать установку, которая с помощью «слабых квантовых измерений» (последовательно проверяя частицу за частицей, пока они не примут нужные состояния) реализует передачу только по квантовому каналу нужной последовательности бит.

                                                                              На самом деле это еще и невероятно интересный теоретический вопрос: а какое именно физическое взаимодействие используется для такой передачи? Ведь ни одно из четырех фундаментальных взаимодействий на эту роль не подходит.
                                                                                +2
                                                                                Только природу не обманешь, и для отмены коллапса придется воздействовать на оба запутанных фотона.
                                                                                  +1
                                                                                  А там нет никакого взаимодействия. Это прямое следствие из теоремы Белла и результатов эксперимента: никаких скрытых параметров нет. Пара частиц ведёт себя, как одна частица.
                                                                                  0
                                                                                  Там эта отмена — штука сама по себе вероятностная. Да и вообще, очень странный этот эксперимент. Человеку со стороны (мне), кажется, что это некая махинация. Потому что чуваки сначала с вероятностью p измеряют (то есть, коллапсируют частицу) получают некое частичную информацию о системе. Но раз это вероятностный процесс, то ему подвергается не каждая частица. Потому они поворачивают всё на 180 градусов и снова измеряют с вероятностью p. То есть, снова есть шанс, что частицу не померяют. А потом они говорят: хопа, смотрите, на выходе мы можем получить частицу в исходном состоянии… Ну да, можем… И… В чём смысл?
                                                                                  +4
                                                                                  Я, конечно, не специалист ибо только учусь, но вроде как возможность слабых квантовых измерений даёт нам возможность управлять состоянием фотонов (устанавливать вектор)? Таким образом мы могли бы вполне себе передавать информацию с помощью связанных квантов (извините, но привык более к связанным, чем к запутанным). Что, как раз-таки, даёт возможность передавать информацию почти мгновенно (почти ведь? есть там какие-то ограничения, ЕМНИП?).

                                                                                  UPD: Комментарий сверху точно о том же. Извините, что не обновил комментарии…
                                                                                    0
                                                                                    А что мешает такой эксперимент провести? А можете по-человечески рассказать, что есть такое слабые квантовые измерения? :) Раз учитесь, значит, можете это на доступном для дилетантов уровне пояснить.
                                                                                      0
                                                                                      Эх, мистер Фейнман, зачем же вы тогда сказали свою знаменитую фразу… :)
                                                                                      Для меня слабые квантовые измерения — это возможность узнать текущее состояние кванта одновременно предотвратив коллапс волновой функции (или же сделав его обратимым). Более всего мне запомнился пример с котом Шрёдингера: мы можем открыть дверь и узнать, что с котом. Но тогда функция сколлапсирует и из состояния суперпозиции (неопределённости) перейдёт в одно из двух равновероятных ранее событий. Либо жив, либо мёртв. Слабое измерение в таком случае будет эквивалентно малой оптической камере, при которой мы наблюдаем суперпозицию (и жив, и мёртв с одинаковыми вероятностями), коллапс (живёт или умер) и с помощью воздействия — отмену коллапса (добавить газа или стимулировать сердце разрядом). Аналогия очень слабая, но представление даёт.
                                                                                      Более интересно этот аспект рассматривать с точки зрения бинарной логики… Постараюсь передать символами (-> это импликация, а --> переход к следующему состоянию во времени). ~ <-> [1|0] --> 1 | 0 --> <Магия> --> [1|0] Магия — это та самая отмена коллапса, в которой я плохо разбираюсь…
                                                                                      Можно ещё привести пример с шариком в положении КРАЙНЕ неустойчивого равновесия. Пусть он находится в вакууме, на идеально гладком и симметричном склоне. Тогда при любом воздействии он отклонится и примет одно из крайних значений. Произошло наблюдение, на шарик упал фотон, он отклонился. Но поскольку это был лишь один фотон и шарик только-только начал движение, то систему можно вернуть в положение неустойчивого равновесия. В конце концов, мы не настолько «сильное измерение» произвели…

                                                                                      А вот с экспериментом сложнее. Во-первых, слабые измерения ещё не изучены достаточно. Во-вторых, вопрос в цене (потому как передача информации практически моментально это хорошо, но пока не практично). Рано или поздно проведут, мне лично кажется, что лет через пять… По сути возможности как у радио: прорыв, и технический, и фундаментальный, много кому и где нужен, но при столь большой цене и доступных приемлемых альтернативах пока подождёт более удобных обстоятельств.
                                                                                      Это если опустить конспирологический уклон, причины которого Саймак в «Империи» обосновал (представьте себе торговлю на биржах, если у кого-то окажется такой инструмент: скальпелерам нужно около 100ms, с использованием биржевых роботов, у них будут 300).
                                                                                    0
                                                                                    А что если использовать три связанных фотонов?
                                                                                      0
                                                                                      А можно сам факт изменения состояния использовать для передачи? Ну типа дифференциальный код? Или я так ничего и не понял?
                                                                                        0
                                                                                        А ничего, что «Состояние системы в квантовой механике представляется вектором.» неверно? Вектор описывает только чистое состояние системы, а в общем случае нужно использовать матрицу плотности.
                                                                                          0
                                                                                          Полностью согласен, но всё-таки не хотелось пугать читателей сразу матрицами плотностей, квантовыми шумами и так далее… Но вы, конечно, правы
                                                                                          +1
                                                                                          Через время T (дабы не опередить Алису) Боб проводит измерения над своим фотоном, и понимает, какой результат измерения получила Алиса.


                                                                                          А зачем проводить измерения через время T? Если они запутаны — то без разницы в каком порядке проводятся измерения, разве не так?
                                                                                            0
                                                                                            Совершенно верно, можно в любом порядке с любым интервалом (теоретически, ведь все-таки стоит учитывать возможность декогеренции).
                                                                                            0
                                                                                            Это, мягко говоря, далеко не самые свежие новости из мира квантовой физики.

                                                                                            А вот эксперименты группы Надава Каца по проверке теории Короткова-Джордана — вот это гораздо интереснее. Хотя эффект Короткова в отношении спутанных частиц ещё не проверяли, но не исключено, что, благодаря теории Короткова-Джордана, «настоящая» телепортация (передача информации с помощью спутанных частиц быстрее скорости света) вполне возможна.
                                                                                              +5
                                                                                              Хотите я вам покажу коллапс волновой функции в макромире? Как два пальца…

                                                                                              Вариант #1. Есть Алиса и Боб они на расстоянии миллион км. друг от друга, но к каждому из них ведет желоб из биллиардного стола.
                                                                                              Передо мной на столе два биллиардных шара, один кий и куча дури в голове. Я могу ударить только один раз — кий сломается, на миллион километров ведь шар надо запинать… Я думаю по какому шару ударить. Да мне вообще пофиг по какому!
                                                                                              Я закрываю глаза и дубасю наугад. )) И иду пить текилу, и мне становится еще более пофиг какой шар покатился.

                                                                                              Никто не знает состояние «системы „два шара“, это квантовая суперпозиция. В данном случае одновременно оба (!) шара и катятся и не катятся к каждому из хозяев по своему желобу.
                                                                                              Через какое-то время Боб подходит к своему концу желоба, и, допустим, видит там шар.

                                                                                              Опаньки! Произошел коллапс волновой функции. Боб радостно провозглашает:
                                                                                              — Алиса, я знаю что там у тебя, у тебя ничерта нет шара! Хаха.
                                                                                              Если Алиса и Боб находились в противоположных концах биллиардного стола а скорость биллиардного шара чуть выше половины скорости света, то выходит Боб узнал про ситуацию у Алисы чуть быстрее скорости света, и гораздо быстрее чем Алиса сама могла бы ему сообщить.

                                                                                              Кто назовет это сверхсветовой передачей информации?

                                                                                              Вариант #2.
                                                                                              Рельсы налево и направо от меня, в обе стороны стоят железнорожные составы, одинаково загруженные будущими „спутниками для добычи ископаемых из астероидов“. На противоположных концах рельс на одинаковом расстоянии от меня стоят Алиса и Боб.
                                                                                              Я подрываю бомбу между составами. Я точно знаю какую, Боб знает, Алиса знает, текилу пить не иду, глаза не закрыл, квантовой суперпозиции нет.
                                                                                              Каждый из составов несется в свою сторону. Когда Боба снесло с рельс он успел подумать:
                                                                                              — Алиса, я точно знаю с каким импульсом тебя прямо сейчас раздавило — и быстро вычисляет мощность бомбы минус импульс убивший его самого.

                                                                                              От скорости составов даже не зависит — Боб все-равно получил некоторое знание о состоянии Алисы в тот же момент, как его самого расплющило, гораздо быстрее, чем Алиса могла бы такую информацию передать.

                                                                                              Является ли обладание информацией „дальнодействием“ в первом или втором случае? т.е. неким сверхсветовым обменом информацией?

                                                                                              Ок, усложним задачу, Боб стоял ближе ко мне, чем Алиса, и об импульсе что отправит Алису на небесные лекции к Эйнштейну он узнал даже раньше, чем это произошло.
                                                                                                +3
                                                                                                В ситуации с шаром Боб тоже умрет — шар со скоростью в половину световой очень больно бьет. Всё тлен…
                                                                                                0
                                                                                                Это конечно всё очень интересно, но на самом деле публику волнует немного другой вопрос — когда уже, черт побери, я смогу переместиться на Канары нажатием одной кнопки?
                                                                                                  0
                                                                                                  Ну… если конкретно так ставить вопрос… то такое возможно даже при нынешних технологиях — просто нужно достаточно много бабла и дворецкий + секретарь которые всё решат, в т.ч. доставку дивана на котором вы лежите в самолет.
                                                                                                    0
                                                                                                    Публику интересует возможность моментального перемещения — за время нажатия кнопки (:
                                                                                                      0
                                                                                                      Публика принимает во внимание, что время субъективно? :) То есть нажатием кнопки, помимо вышеприведённых действий, можно ещё и дозу морфия/чего-угодно в кровь пустить, дабы перемещение было «моментальным».
                                                                                                        +1
                                                                                                        Добавлю, что не только субъективно, но и объективно — относительно, если смотреть объективно — если мы вместе бухаем зимой под гитару в подъезде, и я на лестнице сижу на пару ступенек выше чем все — то я старею чуть медленнее на несколько наносекунд, чем остальная компания за счет более слабого притяжения Земли на высоте "+2 лестничные ступеньки от гравитацонного центра планеты". =)
                                                                                                        .
                                                                                                        GPS и GLONASS ежесуточно таймеры корректируют из-за меньшей разницы по высоте от гравитационного центра нашей планеты.
                                                                                                          0
                                                                                                          Да, а в чёрных дырах (а если представить две слипающиеся чёрные дыры...) оно вообще бесконечности равно :) Так что время нажатия кнопки — величина неопределённая.
                                                                                                  0
                                                                                                  Вот, кстати, интересная статья www.wired.com/wiredscience/2013/05/quantum-linked-photons/
                                                                                                  Авторы взяли два запутанных фотона, а потом создали ещё 2 запутанных фотона, причем четвертый оказался запутан с первым, хотя на момент создания четвертого первый уже коллапсировал. Таким образом появляется возможность скопировать состояния фотонов если пробраться в лабораторию алисы или боба, а они об этом могут и не узнать.
                                                                                                    0
                                                                                                    Да, про это на Мембране было, я там высказал мысль, что таким образом можно скомпрометировать квантовую криптографию наблюдателем, но был местными физиками так заплеван, что меня унесло течением из той дискуссии.
                                                                                                      0
                                                                                                      Да, я читал, очень интересная идея! Я правда не до конца понял суть…
                                                                                                        0
                                                                                                        Скопировать состояние не возможно, иначе весь этот сыр-бор с неопределенностью потеряет смысл — знай себе копируй и меряй состояние на копиях с возможностью повторить эксперимент сколько угодно раз.

                                                                                                        Эксперимент по ссылке выше показывает всего лишь, что нелокальность запутанного состояния простирается не только на пространство, но и на время. Кто перестал удивляться факту пространственно нелокальности запутанности, того временная нелокальность уже не должна особо удивлять ). Тем более, что у нас есть принцип тождественности систем в одинаковых состояниях — обмен состояниями это просто слова, это можно было бы и назвать перетеканием состояния из одной области пространства-времени в другое.
                                                                                                        +1
                                                                                                        Вижу, что я не нахожу тут поддержки со своим мнением. Хочу заметить что я понимаю что такое «суперпозиция» и что такое «запутанность». Может быть на достаточно бытовом уровне, но тем не менее.

                                                                                                        В своих высказываниях я пытаюсь донести мысль что, возможно, ученые не применили «бритву Оккама» когда придумывали эти понятия. Я подозреваю что все явления, которые они пытаются объяснить через использование этих странных понятий можно объяснить более простым способом.

                                                                                                        Поэтому я прошу у понимающих людей описать эксперименты, в которых проявляются данные понятия. Ну или дать хотя-бы ссылки на их описание.
                                                                                                          +1
                                                                                                          luysii.wordpress.com/2010/11/29/quantum-superposition-experimental-proof/ Посмотрите вот этот, один из самых классических экспериментов.
                                                                                                          Я понимаю ваш скептицизм, но сложно вот так вот сходу объяснить, почему вы не правы, для этого придется писать долгие математические выкладки и описывать эксперименты. Могу посоветовать посмотреть курс на курсере, там все хорошо рассказывается.
                                                                                                          То, что написанно в этой статье, уже не совсем верно (например, малые измерения достигнуты экспериментально, также квантовая запутанность во времени, которая способна поменять процедуру квантовой телепортации, и так далее). И не смотря на молодой возраст квантовой механики, описанные вещи «существуют», так же как и электричество. То что принять квантовую суперпозицию сложно — абсолютно согласен, но она наблюдается именно в том виде, в котором она описана математической моделью.
                                                                                                          Поищите эксперименты по телепортации луча лазера, их много было, первый, по-моему, в 1999. И лучше на английском.
                                                                                                            +3
                                                                                                            С самого простого — пролёт единичного фотона или электрона через две щели. И, как следствие, интерференция этой единичной частицы с самой собой. Потом — понимание, что понятия «частица» и «волна» по-отдельности — оба неверны, т.к. частицы ведут себя по-другому (дуализм). Потом — как этот дуализм записать. Потом — понимание волновой функции (и почему это самое адекватное представление частиц на данный момент).

                                                                                                            И ещё важный момент — вы подразумеваете, что всегда есть такое понятие как «на самом деле». Физики не работают с таким понятием. Они работают с моделями, которые должны быть максимально простыми и при этом не противоречить наблюдаемым фактам. Всё. Как именно «устроен», например, закон сохранения энергии или как «на самом деле» работает гравитация — это несколько бессмысленные вопросы с точки зрения физики.

                                                                                                            А то, что на языке математики лучше всего получается создавать и описывать такие модели — никто не виноват. Как никто не виноват и в том, что эти модели иногда оказываются контр-интуитивными и «противоречащими здравому смыслу».
                                                                                                              0
                                                                                                              И вот это пусть тут полежит:
                                                                                                              mezhpr.fizteh.ru/biblio/q-ivanov.html

                                                                                                              Там есть ссылка на учебник, в котором очень доходчиво объясняются простые (и не очень) вопросы квантомеханического мира.
                                                                                                              0
                                                                                                              «пролёт единичного фотона или электрона через две щели»

                                                                                                              Этот эксперимент описывает не «суперпозицию», а волновую природу фотона и электрона.
                                                                                                                0
                                                                                                                После пролёта через две щели состояние частицы уже описывается как суперпозиция этих двух разных состояний («пролетел через щель А» и «пролетел через щель Б»).
                                                                                                                  0
                                                                                                                  Ок. Можно где-то найти описание реального, а не умозрительного эксперимента с электронами? С указанием того, кто делал эксперимент, когда и описаны все его условия?
                                                                                                                    0
                                                                                                                    Можно где-то найти описание реального, а не умозрительного эксперимента с электронами?
                                                                                                                    Да, можно.
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Описание я, конечно, нашел. Но без деталей. Не подскажите, где можно найти детали эксперимента?
                                                                                                                        0
                                                                                                                        Попробуйте начать отсюда: en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment
                                                                                                                        Там есть ссылки на много чего. И на оригинальный эксперимент 1803 года (с фотонами) и на эксперименты с другими частицами.
                                                                                                                  0
                                                                                                                  >Этот эксперимент описывает не «суперпозицию», а волновую природу фотона и электрона.
                                                                                                                  Волновая природа, это когда они просто интерферируют друг с дружкой.
                                                                                                                  А вот как Вы обьясните интерфереционную картинку одиночных частиц (которые могут взаимодействовать только сами с собой, других то нет на момент пролета). Если бы они имели определенное состояние (т.е. пролетели бы через одну, пускай неизвестную щель), то и интерференционной картинки не было бы.
                                                                                                                    +1
                                                                                                                    Если рассматривать частицу как волну, то понятие «пролетела сквозь такую-то щель» теряет смысл. Это же волна, она распространилась во всём пространстве, значит, одновременно прошла через обе щели, плюс частично отразилась от непроницаемой части стенки, плюс частично поглотилась ей (в зависимости от свойств материалов). В итоге имеем обычную волновую интерференцию всего этого хаоса. Я тоже не вижу, зачем тут необходимы суперпозиции состояний.
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Вся эта путаница с «корпускулярно-волновым дуализмом» и прочим бредом возникает из-за того, что рассматривается одна частица. Стоит перейти к двум частицам и все становится более понятно. Если бы у нас частицы были волнами, то у нас были бы две волны F1(x) и F2(x), которые по каким-то законам взаимодействовали. Но, на самом деле, эксперимент показывает, что волна все равно одна, только не в трехмерном пространстве, а в шестимерном, F(x1, x2). А уравнения задают эволюцию этой волны в фазовом пространстве.

                                                                                                                      Таким образом, никакого дуализма нет, а есть точечные частицы и есть волновая функция вселенной, которая зависит от состояний всех частиц.
                                                                                                                  –2
                                                                                                                  Как показали исследования Принстонской лаборатории, на вероятность вполне можно влиять сознанием, следовательно можно передавать информацию мгновенно.
                                                                                                                    +1
                                                                                                                    Загуглил, получил информацию, что эта лаборатория занимается парапсихологией. Не могли бы вы предоставить ссылку непосредственно на эксперимент и его объяснение (научное, естественно, не популистское)?
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Описание экспериментов есть на их сайте здесь. Что касается объяснений, то их, можно сказать, нет, есть только статистические данные. Одним из объяснений может служить понятие синхроничности, когда между событиями существует смысловая связь в дополнение к причинно-следственной.
                                                                                                                        0
                                                                                                                        По выданной вами ссылке было два документа… Глянул. Доверие внушает, даже списки литературы довольно солидные (на первый взгляд), только вот…

                                                                                                                        //Тем, кто будет уверять, что это несерьёзно и неклассическая наука — успокойтесь, пожалуйста: теория относительности тоже была неклассической. Так что данные «паранормальные», «метафизические» и прочие теории вполне себе имеют право на жизнь, пока они научны, т.е. фальсифицируемы, могут объяснять прошлый опыт и предсказывать будущий.//

                                                                                                                        Только вот теории эти, увы, в большинстве своём так или иначе субъективны. То есть, я влияю на вероятность, другой наблюдатель влияет на вероятность… Чьё влияние больше? Не является ли это подгонкой под мнение (интерпретация полученной вероятности)? Да и вообще, согласно какой формуле и в каких условиях вычислялась вероятность? Я даже теоремы Байеса в выкладке этой лаборатории (а ведь именно она должны была проверять истинность их выводов из статистики) не вижу. Да и вообще, выкладки их — это интерпретация эксперимента. Дана статистика (без методик расчёта), даны графики, даны объяснения. А это, извините, смахивает на: «Вратарь Лёха не пропустил ни одного гола от Месси в более чем 1000 игр, следовательно он лучший вратарь планеты!»

                                                                                                                        Я могу согласиться с тем, что некие отклонения возможны, что некие явления не объяснимы в рамках текущей модели. Что нужно искать объяснения — тоже согласен. И что даже такие «метафизические», «религиозные» и «паранормальные» объяснения имеют права на существование. НО! Они должны быть научными, оперировать фактами и формулами, а не словами: науку развивают учёные, а не ораторы.

                                                                                                                        Резюме: Работы Принстонской лаборатории заслуживают более глубокого изучения, так как поданы довольно качественно. Но доверять им не следует: теория, не больше (а то и меньше, с такой-то плотностью фактов...) То же самое и с остальными утверждениями: «на вероятность можно влиять сознанием» и «можно передавать информацию мгновенно». Кстати, одно из другого не следует. Насчёт синхроничности могу лишь высказать предположение, что это не более, чем философская абстракция. По тем же самым причинам. Да и Юнг уже немного не актуален в современной психологии в некоторых аспектах…

                                                                                                                        Благодарю за внимание.
                                                                                                                          +1
                                                                                                                          То же самое и с остальными утверждениями: «на вероятность можно влиять сознанием» и «можно передавать информацию мгновенно». Кстати, одно из другого не следует.

                                                                                                                          Не следует. Просто все привыкли думать в терминах причинно-следственных связей. А возможно это просто совпадение. Алиса подумала, что выпадет 0, и он выпал. Ну а Боб знает, как хорошо Алиса умеет угадывать состояния. Возможно Алиса влияет на состояние фотона, а возможно фотон влияет на Алису, Боба и всю вселенную. А возможно и нет никаких связей и зависимостей.
                                                                                                                  • UFO just landed and posted this here
                                                                                                                      +1
                                                                                                                      Разница в том, что в Вашем примере выбор того, какая пара находится в какой коробке происходит на заводе, так что вероятность нахождения носков определенного цвета — всегда 1/2. В квантовом случае же выбор происходит в момент, когда Вы открываете эту коробку — происходит редукция волновой функции.
                                                                                                                      Если построить несколько более сложный эксперимент, то можно видеть, что вероятности не соответствуют классическим.

                                                                                                                      Есть отличная статья Аспекта на эту тему, а еще книжки Пенроуза и Хокинга можно почитать.
                                                                                                                        +1
                                                                                                                        В квантовом случае же выбор происходит в момент, когда Вы открываете эту коробку — происходит редукция волновой функции.

                                                                                                                        А могли бы вы своими словами (без формул) описать эксперимент, благодаря которому удалось это установить?
                                                                                                                          +2
                                                                                                                          Эксперимент — конечно, но вот каким образом в нем появляется заявленное нарушение классических вероятностей — вряд ли. К сожалению, огромный минус всей этой теории в том, что без математики делать почти нечего. Но с другой стороны, математика очень часто скрывает физическую суть происходящего, откуда и берутся все непонимания.

                                                                                                                          Попробую описать суть эксперимента на пальцах (не совсем то, что было сделано в опытах Аспекта, но..)
                                                                                                                          1. Берем перепутанное состояние двух частиц, скажем, со спином вниз и вверх.
                                                                                                                          2. Будем измерять проекцию спина каждой частицы на две оси: х и повернутую относительно х на некоторый угол.
                                                                                                                          3. Соответственно, эти проекции могут принимать либо положительные, либо отрицательные значения (какие именно-неважно).
                                                                                                                          4. Будем измерять вероятности того, что обе проекции на разные оси были одного или разного знака.
                                                                                                                          5. Наконец, можно из этих вероятностей составить некоторую комбинацию (назовем ее S) и смотреть за ее зависимостью от угла.

                                                                                                                          Так вот, в квантовом описании и в классическом различается подсчет этих вероятностей. В классическом случае все понятно: с вероятностью половина каждый из спинов будет спроецирован в положительную или отрицательную область оси, и элементарный расчет комбинации S дает линейную зависимость от угла между двумя осями. В квантовом случае необходимо учитывать корелляции между двумя частицами (они запутаны же), и та же комбинация S уже зависит от косинуса угла между осями. Это же можно пронаблюдать экспериментально.

                                                                                                                          Вообще сама суть описанного подхода — в наличии постулата о редукции.
                                                                                                                          • UFO just landed and posted this here
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Из каких соображений базис назван базой?
                                                                                                                        0
                                                                                                                        Потому что я учусь на английском, и на лекциях произносят как Base…
                                                                                                                          +1
                                                                                                                          Хм, и на английском ни разу не встречал. Только basis.
                                                                                                                            0
                                                                                                                            Множественное число от «basis» — bases. en.wiktionary.org/wiki/basis#Noun
                                                                                                                              0
                                                                                                                              Ну значит у меня очень странный преподаватель.
                                                                                                                              Я согласен, когда вы написали, тоже понял, что базис правильнее.
                                                                                                                          0
                                                                                                                          Одному мне тажется, что это трик??

                                                                                                                          Давайте поступим проще — сделаем такой транспортный протокол, в котором, скажем, единицы будут передаваться только парами (00110110001111011 итп)… далее, при получении данных, в случае если к нам приходит единица — МЫ ТУТ ЖЕ РИСУЕМ ВТОРУЮ и опа — а ведь можно же сказать, что вторая единица пришла за 0 время, т.е. быстрее скорости света!!!
                                                                                                                            0
                                                                                                                            Суть поста именно в том, чтобы показать, что пока невозможно передать информацию быстрее скорости света даже через квантовый канал. И ситуация не изменится до тех пор, пока малые измерения не будут изучены досконально
                                                                                                                              +1
                                                                                                                              Ситуация не изменится до тех пор, пока мы остаемся в рамках квантовой теории поля. Малые измерения нисколько не противоречат этой теории (наоборот, придуманы на ее основе), соответственно никаким образом не могут нарушить принцип причинности (который следует из КТП). Это как пытаться построить механический вечный двигатель: мы знаем, что в механике энергия сохраняется, соответственно никакими хитрыми механизмами получить энергию невозможно.

                                                                                                                          Only users with full accounts can post comments. Log in, please.