szuperpozició => összefonódás
A szuperpozició sárga köves útja fog minket elvezetni az összefonódás varázslatos kastélyához. És bizony az egy csodálatos hely ahol minden nemesen egyszerű, de közben pokolian kifürkészhetetlen. Ahol a világ szétporladását követően, a szerteszórt szilánkokból kiemelkedik egy új, gyönyörű egység: az összefonódás... ah! — örömkönnyes szemek — Na irány a smaragd város!!!!
A qubit-tal már sokszor találkoztunk eddigi bejegyzések során. Az egyik gyakran emlegetett tulajdonsága, hogy a |0⟩ és |1⟩ állapotok között is lehet.
ez a szuperpozició
Igen. Végy bármilyen állapotát egy rendszernek, tedd be egy függőleges vonal “|” és egy ilyen jobbra mutató megtört vonal “⟩” közé, hogy emlékeztessük magunkat, hogy az egy kvantumállapot. Aztán végy egy másik ilyen kvantumállapotot, és máris szuperponálhatod őket! Pl.
- |0⟩+|1⟩
- |átment egy foton a félig-áteresztő tükrön⟩ + |visszatükröződött egy foton a félig-áteresztő tükörről⟩
- |élő macska⟩ +|halott macska⟩
Mindez mit jelent? Nincs meghatározva, hogy a két állapot közül melyikben van a rendszer mindaddig, míg meg nem mérjük. Azaz valahogy egyszerre van mindkét állapotban egészen a mérésig.
Csak, hogy tisztázzuk, a fenti három példa közül a macskásat nem tudjuk megvalósítani — túl nagy a macska…
Most pedig felmerül minnnnnnndekiben az 1millió dolláros kérdés:
mi van, ha több qubitot teszünk együtt szuperpozicióba??
Az összefonódás
Lehet, hogy nem is érted, mit akar jelenteni ez a kérdés. Ne aggódj, illusztrálom!
1 qubit állapotai: |0⟩,|1⟩, és ezeknek szuperpoziciói
2 qubit állapotai: |00⟩,|01⟩,|10⟩,|11⟩, és ezeknek szuperpoziciói
(Itt a baloldali szám az első qubit állapotát jelzi, a jobboldali meg a másodikét. Pl. a |01⟩ közös állapot azt jelenti, hogy az első qubit épp a |0⟩ állapotban van, a második meg az |1⟩ állapotban.)
:O
Ez miért ilyen izgalmas?
Ha nincs szuperpozició, akkor nem annyira izgalmas. A |00⟩ csak annyit jelent, hogy mindkét qubit épp a saját |0⟩ állapotában teng-leng. Ugyanígy az |11⟩ annyit, hogy mindeketten épp külön külön az |1⟩ állapotban chillel.
De ha van szuperpozició!!
Vegyük ilyen ártatlan állapotoknak egy ártatlannak tűnő szuperpozicióját:|00⟩+|11⟩. Ezek után a két qubit közül az egyiket megtartom magamnak, a másikat meg neked adom.
Igen, neked. Szívesen.
Én elrepülök Amerikába egy konferenciára mondjuk és a konferencia közepén, egy meglehetősen unalmas előadás alatt úgy döntök, hogy megmérem a qubitomat.
0 lett az eredmény.
Én izgatottan kimegyek az előadásról, felhívlak téged, és mielőtt elmondanám neked, hogy mit mértem, megkérdezem tőled:
Én: Te megmérted már a qubitodat?
Te: Nem.
Én: 10000%-osan biztos vagyok benne, hogy ha most megméred, akkor 0-t fogsz kapni!
Te: Hooonnan veszed?
Én: Hát mert most mértem meg az enyémet és 0-t kaptam!!
Te: Jééé, tényleg 0-t kaptam.
Látod, az itt a csodálatos, hogy ha egy perccel előbb hívlak fel, amikor még nem mértem, akkor egyáltalán nem tudom megjósolni, hogy mit fogsz te mérni. Mert még nem dőlt el, hogy a közös, két-qubitos együttes rendszerünk a |00⟩ vagy az |11⟩ állapotba fog bezuttyanni. Azaz, hogy mindketten majd 0-t mérünk, vagy mindketten 1-et.
És még pluszban az fantasztikus, hogy a világ másik végén vagyunk! És mihelyst megmértem az enyémet tudtam, hogy akárhol is vagy te, ugyanazt az eredményt fogod kapni, mint én.
Összefoglalva:
- mielőtt mérek, nem tudom megjósolni, hogy mi lesz az eredmény
- mihelyst megmértem, biztos vagyok a te eredményedben is
és mindkét állítás rád is igaz btw. Ami azért durva, mert előbb tudom így meg, hogy mi lesz a te mérésed kimenete, mint te.
Ez mesés.
Képzeld csak el hogy milyen lenne a világunk, ha az összefonódás egy hétköznapi, klasszikus jelenség lenne.
Mondjuk lenne nálam egy érme és nálad egy. Most te kezdesz. Mielőtt feldobod az érmédet, nyílván nem tudod, hogy fej vagy írás lesz.
Feldobod.
Fej.
Mindkettőnk feszült figyelme áttér az én érmémre. Felpöckölöm a levegőbe és bizony-bizony, amikor leesik fej lesz.
Nyomunk egy ‘reset’-et az érméken, majd kipróbáljuk újra… és újra és újra és újra és újra és minden áldott alkalommal ugyanazt az eredményt kapjuk a két érmén. Fej-fej, írás-írás, írás-írás, fej-fej, ….
Schrödinger cicája
Az összefonódást a két varázsérmével szemléltetjük. Ehhez képest a szuperpoziciót Schrödinger macskájával illusztráljuk, hogy megértsük, miben add többet az összefonódás a szuperpozicióhoz képest.
A gondolatkísérletet bizonyára ismered már, de egy rövid emlékeztető nem árt. A Schrödinger család költözik, de a családfő egy elvont elméleti fizikus alkat, így véletlenül a pakolás alatt a macskáját is bedobozolja. Sajnos pont ebbe a dobozba került Schrödinger kedvenc radióaktív atomja, egy friss mendelevium 257-es atom, és egy szerkezet ami ha érzékel egy radióaktív bomlást, akkor eltör egy mérgező gázzal teli üvegcsét (amúgy Schrödinger eredeti leírásában nem részletezte, hogy milyen radióaktív anyagot használna, de azzal nagyon specifikus volt, hogy a méreg hidrogén-cianid legyen…hmmm…).
Na a mendelevium 257-es izotópjáról azt illik tudni, hogy 5.52 óra az ún. felezési ideje, azaz ha egy darab atomod van belőle, mint Schrödingernek, akkor 5.52 óra után épp 50% eséllyel bomlott el és 50% eséllyel még megvan. Nos a halálos szerkezettel együtt ez azt jelenti, hogy ha 5.52 óra után felbontod a dobozt, pl. az új lakásban való kipakoláskor, akkor 50% eséllyel halott a macska, 50% eséllyel viszont még él. (a doboz bontásánál vigyázni kell, hogy a kés pengéje nehogy megsértse a macskát: ez befolyásolhatja a mérési eredményt).
ÉÉÉs a lényeg: az atom bomlása egy kvantum folyamat. 5.52 óra után a bomlott és a nem bomlott állapot szuperpoziciójában lesz az atom. Ezzel együtt a macska is bekerül a halott és az élő állapotok szuperpoziciójába.
— — — — — — — — — — — —Emlékeztető vége — — — — — — — — — — — —
Most képzeld el, hogy Schrödinger vagy, megérkezel az új házadhoz és nem is tudod, hogy véletlenül együtt van a a méreg-halál-gépezeteddel a macskád. Kinyitod a dobozt, és lám
halott a macska
:/ kár. De meg vagy lepődve? Nem igazán. Hisz akár létezik macska-szuperpozició, akár nem, mindenképp ha kinyitod a dobozt, vagy élve, vagy halva találod a macskát. Ebben az esetben a szuperpozició csak egy értelmezése az eseményeknek.
Ezzel szemben, amikor érméket dobáltunk fel együtt, effektíve mást tapasztaltunk, mint amit bármikor máskor tapasztalhattunk volna. Ugye? Folyton csak fej-fej vagy írás-írás párokat dobtunk.
Látjátuk feleim szümtükhel, a kvantum-összefonódás valóban olyan újdonsága a fizikának, amitől nem csak máshogy értelmezzük a körülöttünk lévő világot, de más dolgokat is tapasztalhatunk.
Wow
Na mindenezt azzal kerekítem le, hogy kihangsúlyozom, hogy ezek az analógiák — a macska és az érmék — nem megfigyelhetőek a való világban. Manapság a legnagyobb rendszer kb., amit sikerült szuperpozicióba tenni az egy 60 szénatomból álló gömb (ún. fullerén). Tehát ezek tisztán csak szemléltető analógiák.
De összefonódást is és szuperpoziciót is elő tudunk állítani és meg tudunk figyelni laborokban. Csak kisebb rendszerekkel — fotonok, elektronok, ionok, ilyesmik.
Kapcsolódó bejegyzések:
szuperpozició bevezetés
minden elmagyarázva részletesen kb
Kapcsolódó irodalom:
Schrödinger macskája eredeti cikk (5. fejezet a macska)
Fullerénnel kísérlet
