¿Se puede considerar el entrelazamiento cuántico y la superposición cuántica como el mismo fenómeno?

Para responder a su pregunta en breve: No, no son el mismo fenómeno.

En primer lugar, es mucho más fácil pensar en los estados cuánticos como vectores (en algo llamado espacio de Hilbert, pero simplemente obedecen a la linealidad), y no como partículas u ondas.

Superposición

Comencemos con un qubit de una sola partícula (ya que estás hablando de información cuántica) que tiene dos estados propios$|0\rangle$y$|1\rangle$. Debido a la linealidad del espacio de Hilbert, cualquier superposición de estos estados también es un estado válido:

$$|\psi\rangle = \alpha |0\rangle + \beta |1\rangle$$

Esto se llama superposición de estados propios. Tenga en cuenta que no hay nada incierto al respecto, a menos que esté pensando en el resultado que obtiene si mide en base 0, 1.

Enredo

Para tener entrelazamiento necesariamente necesitas dos cosas (grados de libertad) que estén entrelazadas. No tienen que ser partículas distintas, pero digamos que lo son. Ahora déjame lanzarte algunas matemáticas locas y luego tratar de explicar lo que significa.

Digamos que las partículas A y B están en los estados$|0\rangle_A$y$|0\rangle_B$. Juntos también forman un sistema cuántico, que puede ser descrito por el producto tensorial:

$$|\psi_{AB}\rangle = |0\rangle_A \otimes |0\rangle_B$$ Aquí el estado total del sistema se puede describir especificando el estado de la partícula A y el estado de la partícula B. Este no es un sistema entrelazado.

Un estado entrelazado es un estado de dos partículas, que no se puede describir diciendo en qué estado se encuentra la partícula A y en qué estado se encuentra la partícula B. Por ejemplo:

$$|\psi_{AB}\rangle = |0\rangle_A \otimes |0\rangle_B + |1\rangle_A \otimes |1\rangle_B \neq |\psi\rangle_A \otimes |\psi\rangle_B$$

No hay forma de escribir el estado enredado como un producto tensorial de dos estados individuales. Ahora enfócate, este es el remate: en un estado entrelazado, la partícula A no puede describirse independientemente de la partícula B.

Respuesta a tu pregunta

Ahora, realmente no deberías pensar en el entrelazamiento como un intercambio de información, porque sucede instantáneamente y es imposible transmitir información instantáneamente. Nuevamente, también es imposible transmitir información instantáneamente colapsando la superposición.

Raskolnikov explica muy bien cómo están conectados en el comentario.

Entonces, ¿qué está sucediendo realmente en el entrelazamiento, si no es el intercambio de información cuántica? Se podría decir que las partículas están correlacionadas, pero en realidad es más que una simple correlación clásica. De hecho, el teorema de Bell predice un límite superior en la "cantidad de correlación" que pueden tener dos partículas, bajo el supuesto de realismo local .

Se encontró que el entrelazamiento viola este límite superior, lo que significa que la teoría cuántica es :

a) no es una teoría local (local)

b) no describe las cosas y sus propiedades físicas (realismo) - por ejemplo, se trata de nuestro conocimiento sobre el mundo

c) las dos anteriores

Realmente no sabemos qué respuesta es la correcta, pero ha habido un progreso reciente.

En primer lugar, las palabras "intercambio de información" no son tan buenas. Un entrelazamiento es una RESTRICCIÓN sobre dos partículas o más. Por ejemplo, el famoso PHOTON SINGLET es descrito por el estado

(1) |Ψ> = [!/raíz cuadrada(2)] {|u>|u> + |v>|v>}

donde u es cualquier dirección en el espacio que queramos elegir, y v es perpendicular a x en el plano de polarización (que es el plano perpendicular a la dirección de propagación). En los productos |u>|u> y |v>|v> primero viene el fotón 1, luego viene el fotón 2. (A veces hay alguna diferencia entre ellos en la longitud de onda st, podemos decir cuál es cuál).

El singlete de fotones es emitido por diferentes elementos en lo que se llama cascada, es decir, hay un salto de un electrón desde un nivel excitado a uno inferior con emisión de fotones, luego una caída a un nivel final con emisión de un segundo fotón. En estas transiciones se obedecen las LEYES DE CONSERVACIÓN del momento angular del electrón, y por ellas no podemos entrar en (1) los estados |u>|v> y |v>|u> junto con los estados |u>|u> y |v>|v>.

Entonces, verás, LA NATURALEZA impone restricciones, y por lo tanto en una medida de polarización, si en el fotón 1 tenemos polarización u, lo mismo obtendremos en el fotón 2. NO SABEMOS, y hay una gran polémica. de si los dos fotones intercambian algunas SEÑALES entre ellos, o no. Es decir, imagina el siguiente experimento: el observador 1 elige arbitrariamente, a su antojo, una dirección en el espacio, llamémosla w, y consigue que el fotón 1 esté polarizado perpendicularmente a w. Solemos decir que en este caso el estado del fotón 2 COLAPSA al estado perpendicular a w. Pero cómo la naturaleza transmite al fotón 2 el hecho de que el experimentador 1 eligió la dirección w y el fotón 1 dio la respuesta perpendicular, NO LO SABEMOS. Experimentos que realizamos con un intervalo tan pequeño entre la medición del fotón 1 y la del fotón 2, que ni siquiera una señal de luz tiene tiempo de pasar de la ubicación del experimentador 1 a la ubicación del experimentador 2. Entonces, las palabras "intercambio de información entre partículas" son problemáticos. ¿Se está moviendo algún tipo de señal entre los dos lugares? no lo sabemos

Sobre la superposición, eso es otra cosa. Podemos tener superposición de los estados de una partícula, o de dos partículas, o más. Mira la igualdad (1). El estado de los dos fotones es una SUPERPOSICIÓN del estado de dos partículas |u>|u> con el estado de dos partículas |v>|v>. Pero creo que te refieres a la superposición de los estados de una partícula. Luego considere un haz de partículas divididas por un divisor de haz en una onda transmitida y reflejada, y concéntrese en el destino de una de las partículas. Nunca podemos detectarlo en ambos caminos. Pero, nuevamente, podemos colocar detectores en ambos caminos a la MISMA DISTANCIA del divisor de haz, es decir, cuando se detecta una partícula, ni siquiera un pulso de luz tuvo tiempo de pasar de un detector al otro. Entonces, ¿es alguna información PASADA entre los dos detectores? NO SABEMOS LA RESPUESTA.

Lo siento, mi respuesta es decepcionante, pero por el momento la comunidad cuántica sigue siendo IGNORANTE en esta dirección. Buena suerte !

Buena excavación intuitiva. Su pregunta ha sido respondida positivamente. https://arxiv.org/abs/2109.04446

Está siendo publicado recientemente.