Στον τομέα της κβαντικής μηχανικής, η κβαντική εμπλοκή είναι ένα φαινόμενο όπου δύο ή περισσότερα σωματίδια αλληλοσυνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε η κατάσταση ενός σωματιδίου να μην μπορεί να περιγραφεί ανεξάρτητα από την κατάσταση των άλλων, ακόμη και όταν χωρίζονται από τεράστιες αποστάσεις. Αυτό το φαινόμενο έχει αποτελέσει αντικείμενο εντατικής μελέτης λόγω των επιπτώσεών του στους κβαντικούς υπολογιστές, την κρυπτογραφία και τις θεμελιώδεις πτυχές της κβαντικής θεωρίας.
Το ερώτημα εάν η κβαντική εμπλοκή μπορεί να προκληθεί από τοπικές αλληλεπιδράσεις είναι θεμελιώδες στο πεδίο της θεωρίας της κβαντικής πληροφορίας. Στην παραδοσιακή κβαντομηχανική, η εμπλοκή δημιουργείται συχνά μέσω μιας διαδικασίας όπου δύο ή περισσότερα σωματίδια αλληλεπιδρούν με τρόπο που οι ιδιότητές τους συσχετίζονται. Αυτό μπορεί να συμβεί μέσω μιας ποικιλίας μηχανισμών, όπως η εκπομπή και η απορρόφηση φωτονίων, ή μέσω αλληλεπιδράσεων που διαμεσολαβούνται από ένα κοινό περιβάλλον.
Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της εμπλοκής είναι ότι μπορεί να παραμείνει ακόμη και όταν τα μπερδεμένα σωματίδια χωρίζονται από μεγάλες αποστάσεις. Αυτή η μη τοπική φύση της εμπλοκής είναι που την καθιστά τόσο ισχυρό πόρο για εργασίες όπως η κβαντική τηλεμεταφορά και η υπερπυκνή κωδικοποίηση. Ωστόσο, τίθεται το ερώτημα εάν η εμπλοκή μπορεί να δημιουργηθεί καθαρά μέσω τοπικών αλληλεπιδράσεων, όπου τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μόνο με το άμεσο περιβάλλον τους.
Στο πλαίσιο της κβαντικής εμπλοκής, πιστεύεται γενικά ότι η εμπλοκή δεν μπορεί να προκληθεί από καθαρά τοπικές αλληλεπιδράσεις. Αυτό είναι γνωστό ως μονογαμία της εμπλοκής, μια αρχή που δηλώνει ότι εάν δύο σωματίδια είναι στο μέγιστο βαθμό μπλεγμένα μεταξύ τους, δεν μπορούν να μπλέξουν με κανένα άλλο σωματίδιο. Αυτό σημαίνει ότι η εμπλοκή είναι ένας πόρος που δεν μπορεί να δημιουργηθεί τοπικά, αλλά μάλλον απαιτεί μη τοπικές αλληλεπιδράσεις για να δημιουργηθούν.
Για να επεξηγήσετε αυτήν την έννοια, εξετάστε την περίπτωση δύο σωματιδίων spin-1/2 που βρίσκονται αρχικά σε κατάσταση προϊόντος. Εάν αυτά τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μόνο μεταξύ τους μέσω τοπικών αλληλεπιδράσεων, δεν μπορούν να εμπλακούν με τρόπο που παραβιάζει τη μονογαμία της διαπλοκής. Οποιαδήποτε εμπλοκή που δημιουργείται σε αυτό το σύστημα πρέπει να κατανέμεται μεταξύ των δύο σωματιδίων και δεν μπορεί να μοιραστεί με οποιοδήποτε άλλο εξωτερικό σωματίδιο.
Ενώ οι τοπικές αλληλεπιδράσεις μπορούν να οδηγήσουν σε συσχετισμούς μεταξύ σωματιδίων, αυτοί οι συσχετισμοί δεν επαρκούν για να δημιουργήσουν το είδος της μη τοπικής εμπλοκής που είναι χαρακτηριστικό της κβαντικής μηχανικής. Η διαπλοκή είναι μια πιο λεπτή μορφή συσχέτισης που δεν μπορεί να εξηγηθεί από τις κλασικές έννοιες της ανταλλαγής πληροφοριών ή της επικοινωνίας. Είναι ένα μοναδικά κβαντικό φαινόμενο που προκύπτει από την αρχή της υπέρθεσης και τη μη-ανταλλαγή των κβαντικών παρατηρήσιμων στοιχείων.
Η κβαντική εμπλοκή είναι ένα μη τοπικό φαινόμενο που δεν μπορεί να προκληθεί μόνο από τοπικές αλληλεπιδράσεις. Η δημιουργία εμπλοκής απαιτεί τυπικά τα σωματίδια να αλληλεπιδρούν με τρόπο ώστε οι καταστάσεις τους να συσχετίζονται με μη τοπικό τρόπο. Αυτή η ιδιότητα της εμπλοκής έχει βαθιές επιπτώσεις στην κβαντική επεξεργασία πληροφοριών και αποτελεί τη βάση πολλών κβαντικών πρωτοκόλλων και αλγορίθμων.
Άλλες πρόσφατες ερωτήσεις και απαντήσεις σχετικά με Κβαντικές βασικές αρχές πληροφοριών EITC/QI/QIF:
- Πώς λειτουργεί η πύλη κβαντικής άρνησης (quantum NOT ή Pauli-X gate);
- Γιατί η πύλη Hadamard είναι αυτοαναστρέψιμη;
- Εάν μετρήσετε το 1ο qubit της κατάστασης Bell σε μια ορισμένη βάση και στη συνέχεια μετρήσετε το 2ο qubit σε μια βάση περιστρεφόμενη κατά μια ορισμένη γωνία θήτα, η πιθανότητα να λάβετε προβολή στο αντίστοιχο διάνυσμα είναι ίση με το τετράγωνο του ημιτόνου του θήτα;
- Πόσα bit κλασικής πληροφορίας θα απαιτούνταν για να περιγραφεί η κατάσταση μιας αυθαίρετης υπέρθεσης qubit;
- Πόσες διαστάσεις έχει ένας χώρος 3 qubits;
- Θα καταστρέψει η μέτρηση ενός qubit την κβαντική υπέρθεση του;
- Μπορούν οι κβαντικές πύλες να έχουν περισσότερες εισόδους από εξόδους όπως οι κλασσικές πύλες;
- Η παγκόσμια οικογένεια κβαντικών πυλών περιλαμβάνει την πύλη CNOT και την πύλη Hadamard;
- Τι είναι ένα πείραμα διπλής σχισμής;
- Είναι η περιστροφή ενός φίλτρου πόλωσης ισοδύναμη με την αλλαγή της βάσης μέτρησης της πόλωσης φωτονίων;
Δείτε περισσότερες ερωτήσεις και απαντήσεις στο EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals