حالات درهم تنیده [ ویرایش ]

چندین حالت درهم تنیده متعارف وجود دارد که اغلب در تئوری و آزمایش ظاهر می شوند.

برای دو کیوبیت ، حالت های بل هستند

|\Phi^\pm\rangle = \frac{1}{\sqrt{2}} (|0\rangle_A \otimes |0\rangle_B \pm |1\rangle_A \otimes |1\rangle_B)

{\displaystyle |\Psi ^{\pm }\rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle _{A}\otimes |1\rangle _{B}\pm | 1\rangle _{A}\otimes |0\rangle _{B}).}

این چهار حالت خالص همگی حداکثر در هم تنیده شده اند (بر اساس آنتروپی درهم تنیدگی ) و مبنای متعارف (جبر خطی) فضای هیلبرت دو کیوبیت را تشکیل می دهند. آنها نقش اساسی در قضیه بل دارند .

برای M> 2 کیوبیت، وضعیت GHZ است

|\mathrm{GHZ}\rangle = \frac{|0\rangle^{\otimes M} + |1\rangle^{\otimes M}}{\sqrt{2}}،

که به حالت بل کاهش می یابد|\Phi^+\rangleبرایM=2. حالت سنتی GHZ برای آن تعریف شدM=3. حالت های GHZ گهگاه به qudits گسترش می یابند ، به عنوان مثال، سیستم های d به جای 2 بعد.

همچنین برای M>2 کیوبیت، حالت‌های فشرده اسپین وجود دارد ، یک کلاس از حالت‌های منسجم فشرده که محدودیت‌های خاصی را در عدم قطعیت اندازه‌گیری‌های اسپین برآورده می‌کنند، که لزوماً درهم‌تنیده هستند. [82] حالت های فشرده اسپین کاندیدهای خوبی برای افزایش اندازه گیری های دقیق با استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی هستند. [83]

برای دو حالت بوزونی ، حالت NOON است

|\psi_\text{NOON} \rangle = \frac{|N \rangle_a |0\rangle_b + |{0}\rangle_a |{N}\rangle_b}{\sqrt{2}}، \,

این مانند ایالت بل است|\Psi ^{+}\rangleبه جز کت های پایه 0 و 1 با " فوتون های N در یک حالت هستند " و " فوتون های N در حالت دیگر هستند " جایگزین شده اند.

در نهایت، حالت های فوک دوگانه ای نیز برای حالت های بوزونی وجود دارد که می توانند با تغذیه یک حالت Fock به دو بازو منتهی به یک تقسیم کننده پرتو ایجاد شوند. آنها مجموع چند حالت NOON هستند و می توان از آنها برای دستیابی به حد هایزنبرگ استفاده کرد. [84]

برای معیارهای درهم تنیدگی انتخاب شده، حالت‌های بل، گیگاهرتز و NOON حداکثر درهم می‌روند در حالی که حالت‌های اسپین فشرده و دو حالت فوک فقط تا حدی درهم می‌شوند. حالت‌های درهم تنیده به طور کلی آسان‌تر به‌صورت تجربی آماده می‌شوند.

روش های ایجاد درهم تنیدگی [ ویرایش ]

درهم تنیدگی معمولاً با برهمکنش مستقیم بین ذرات زیراتمی ایجاد می شود. این تعاملات می تواند اشکال مختلفی داشته باشد. یکی از متداول‌ترین روش‌های مورد استفاده، تبدیل پارامتری خودبه‌خود به پایین برای تولید یک جفت فوتون درهم‌تنیده در قطبش است. [65] روش‌های دیگر عبارتند از استفاده از جفت‌کننده فیبر برای محدود کردن و مخلوط کردن فوتون‌ها، فوتون‌های ساطع شده از آبشار فروپاشی دو اکسایتون در یک نقطه کوانتومی ، [85] استفاده از اثر هونگ-او-ماندل ، و غیره. در اولین آزمایشات قضیه بل، ذرات درهم تنیده با استفاده از آبشارهای اتمی تولید شدند .

همچنین ایجاد درهم تنیدگی بین سیستم‌های کوانتومی که هرگز مستقیماً برهم‌کنش نداشتند، از طریق استفاده از تعویض درهم‌تنیدگی امکان‌پذیر است . اگر توابع موج آنها صرفاً از نظر مکانی، حداقل تا حدی، همپوشانی داشته باشند، ممکن است دو ذره کاملاً آماده و یکسان نیز در هم پیچیده شوند. [86]

آزمایش یک سیستم برای درهم تنیدگی [ ویرایش ]

یک ماتریس چگالی ρ جدا پذیر نامیده می شود اگر بتوان آن را به صورت مجموع محدب حالت های حاصلضرب نوشت.

{\displaystyle {\rho =\sum _{j}p_{j}\rho _{j}^{(A)}\otimes \rho _{j}^{(B)}}}

{\displaystyle 1\geq p_{j}\geq 0}احتمالات طبق تعریف، حالتی در هم می‌پیچد که قابل تفکیک نباشد.

برای سیستم‌های 2-Qubit و Qubit-Qutrit (به ترتیب 2×2 و 2×3) معیار ساده Peres–Horodecki هم معیار لازم و هم کافی برای تفکیک‌پذیری و بنابراین – سهوا – برای تشخیص درهم‌تنیدگی فراهم می‌کند. با این حال، برای حالت کلی، این معیار صرفاً یک معیار ضروری برای تفکیک پذیری است، زیرا مشکل در صورت تعمیم NP-سخت می شود. [87] [88] سایر معیارهای تفکیک پذیری عبارتند از (اما نه محدود به) معیار محدوده ، معیار کاهش ، و معیارهای مبتنی بر روابط عدم قطعیت. [89] [90] [91] [92] رجوع کنید به رفر. [93]برای بررسی معیارهای تفکیک پذیری در سیستم های متغیر گسسته و Ref. [94] برای بررسی تکنیک‌ها و چالش‌ها در صدور گواهینامه درهم تنیدگی تجربی در سیستم‌های متغیر گسسته.

Jon Magne Leinaas ، Jan Myrheim و Eirik Ovrum در مقاله خود با عنوان "جنبه های هندسی درهم تنیدگی" یک رویکرد عددی برای مسئله پیشنهاد کرده اند . [95] لیناس و همکاران. یک رویکرد عددی ارائه می‌کند، به طور مکرر یک حالت تخمینی قابل تفکیک را به سمت حالت هدف که باید آزمایش شود، اصلاح می‌کند و بررسی می‌کند که آیا واقعاً می‌توان به حالت هدف رسید یا خیر. پیاده‌سازی الگوریتم (شامل آزمایش معیار Peres-Horodecki داخلی ) برنامه وب «StateSeparator» است.

در سیستم های متغیر پیوسته، معیار Peres-Horodecki نیز اعمال می شود. به طور خاص، سیمون [96] نسخه خاصی از معیار Peres-Horodecki را بر حسب ممان های مرتبه دوم عملگرهای متعارف فرموله کرد و نشان داد که برای این معیار لازم و کافی است1\به اضافه 1حالت های گاوسی حالت ( برای یک رویکرد به ظاهر متفاوت اما اساساً معادل به رفر. [97] مراجعه کنید). بعدها مشخص شد [98] که شرایط سایمون نیز برای آن لازم و کافی است1\plus nحالت های گاوسی، اما دیگر برای آن کافی نیست2\به علاوه 2حالت های گاوسی. شرایط سیمون را می توان با در نظر گرفتن ممان های مرتبه بالاتر عملگرهای متعارف [99] [100] یا با استفاده از معیارهای آنتروپیک تعمیم داد. [101] [102]

در سال 2016 چین اولین ماهواره ارتباطی کوانتومی جهان را پرتاب کرد. [103] مأموریت 100 میلیون دلاری آزمایش‌های کوانتومی در مقیاس فضایی (QUESS) در 16 اوت 2016، از مرکز پرتاب ماهواره جیوکوان در شمال چین در ساعت 01:40 به وقت محلی پرتاب شد.

برای دو سال آینده، این فضاپیما که به نام فیلسوف چینی باستان «میسیوس» نامیده می‌شود، امکان‌پذیری ارتباط کوانتومی بین زمین و فضا را نشان می‌دهد و درهم تنیدگی کوانتومی را در فواصل بی‌سابقه آزمایش می‌کند.

در 16 ژوئن 2017، شماره Science ، یین و همکاران. گزارش ثبت رکورد فاصله درهم تنیدگی کوانتومی جدید 1203 کیلومتری، نشان دهنده بقای یک جفت فوتون و نقض نابرابری بل، رسیدن به ارزش CHSH 0.09 ± 2.37، تحت شرایط سخت محلی اینشتین، از ماهواره Micius تا پایگاه ها. در Lijian، Yunnan و Delingha، Quinhai، کارایی انتقال را نسبت به آزمایش‌های فیبر نوری قبلی با مرتبه‌ای افزایش می‌دهد. [104] [105]

سیستم های درهم تنیده طبیعی [ ویرایش ]

لایه های الکترونی اتم های چند الکترونی همیشه از الکترون های درهم تنیده تشکیل شده اند. انرژی یونیزاسیون صحیح را می توان تنها با در نظر گرفتن درهم تنیدگی الکترون محاسبه کرد. [106]

فتوسنتز [ ویرایش ]

پیشنهاد شده است که در فرآیند فتوسنتز ، درهم تنیدگی در انتقال انرژی بین مجتمع های برداشت نور و مراکز واکنش فتوسنتزی نقش دارد که در آن انرژی هر فوتون جذب شده به شکل انرژی شیمیایی برداشت می شود. بدون چنین فرآیندی، تبدیل کارآمد نور به انرژی شیمیایی قابل توضیح نیست. با استفاده از طیف‌سنجی فمتوثانیه ، انسجام درهم‌تنیدگی در کمپلکس Fena-Matthews-Olson بیش از صدها فمتوثانیه (زمان نسبتاً طولانی در این رابطه) اندازه‌گیری شد که از این نظریه پشتیبانی می‌کند. [107] [108] با این حال، مطالعات بعدی حیاتی، تفسیر این نتایج را زیر سوال می‌برند و نشانه‌های گزارش‌شده انسجام کوانتومی الکترونیکی را به دینامیک هسته‌ای در کروموفورها یا آزمایش‌هایی که در دماهای برودتی و نه فیزیولوژیکی انجام می‌شوند، اختصاص می‌دهند. [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115]

درهم تنیدگی اجسام ماکروسکوپی [ ویرایش ]

در سال 2020، محققان درهم تنیدگی کوانتومی را بین حرکت یک نوسان ساز مکانیکی به اندازه میلی متر و یک سیستم اسپین دوردست متفاوت از ابر اتم گزارش کردند. [116] [117] کار بعدی این کار را با درهم‌تنیدگی کوانتومی دو نوسان‌گر مکانیکی تکمیل کرد. [118] [119] [120]

درهم تنیدگی عناصر سیستم های زنده [ ویرایش ]

در اکتبر 2018، فیزیکدانان تولید درهم تنیدگی کوانتومی را با استفاده از موجودات زنده ، به ویژه بین مولکول های فتوسنتزی در باکتری های زنده و نور کوانتیزه گزارش کردند. [121] [122]

موجودات زنده (باکتری‌های گوگرد سبز) به عنوان واسطه‌ای برای ایجاد درهم‌تنیدگی کوانتومی بین حالت‌های نوری غیرمتعامل مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، که درهم‌تنیدگی زیاد بین حالت‌های نور و باکتری و تا حدی حتی درهم‌تنیدگی درون باکتری را نشان می‌دهند. [123]

همچنین ببینید [ ویرایش ]

منبع

https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement