De todo lo que he leído sobre la mecánica cuántica y los fenómenos de entrelazamiento cuántico, no me queda claro por qué se considera que el entrelazamiento cuántico es un vínculo activo. Es decir, se afirma cada vez que la medida de una partícula afecta a la otra.
En mi cabeza, hay una explicación menos mágica: la medida entrelazada afecta a ambas partículas de una manera que hace que sus estados sean idénticos, aunque desconocidos. En este caso, medir una partícula revelará información sobre el estado de la otra, pero sin una modificación instantánea mágica de la partícula remota entrelazada.
Obviamente, no soy el único que tuvo esta idea. ¿Cuáles son los problemas asociados con esta vista y por qué se prefiere la vista mágica ?
El entrelazamiento se presenta como un "vínculo activo" solo porque la mayoría de las personas, incluidos los autores de libros y artículos populares (ya veces incluso impopulares, usando las mismas palabras de Sidney Coleman), no entienden la mecánica cuántica. Y no entienden la mecánica cuántica porque no quieren creer que sea fundamentalmente correcta: siempre quieren imaginar que hay algo de física clásica debajo de todas las observaciones. Pero no hay ninguno.
Tienes toda la razón en que no hay nada activo en la conexión entre las partículas entrelazadas. El entrelazamiento es solo una correlación , una que puede afectar potencialmente a todas las combinaciones de cantidades (que se expresan como operadores, por lo que el espacio para el tamaño y los tipos de correlaciones es mayor que en la física clásica). Sin embargo, en todos los casos en el mundo real, la correlación entre las partículas se originó a partir de su origen común, alguna proximidad que existió en el pasado.
La gente suele decir que hay algo "activo" porque imagina que existe un proceso real conocido como "colapso de la función de onda". La medición de una partícula en el par "provoca" el colapso de la función de onda, lo que también influye "activamente" en la otra partícula. El primer observador que mide la primera partícula también logra "colapsar" la otra partícula.
Esta imagen es, por supuesto, defectuosa. La función de onda no es una onda real.Es solo una colección de números cuya única habilidad es predecir la probabilidad de un fenómeno que puede ocurrir en algún momento en el futuro. La función de onda recuerda todas las correlaciones, porque para cada combinación de medidas de las partículas entrelazadas, la mecánica cuántica predice alguna probabilidad. Pero todas estas probabilidades también existen un momento antes de la medición. Cuando las cosas se miden, uno de los resultados simplemente se realiza. Para simplificar nuestro razonamiento, podemos olvidarnos de las posibilidades que ya no sucederán porque ya sabemos lo que sucedió con la primera partícula. Pero este paso, en el que las probabilidades generales originales para la segunda partícula fueron reemplazadas por las probabilidades condicionales que toman en cuenta el resultado conocido que involucra a la primera partícula, es solo un cambio de nuestro conocimiento, no una influencia remota de una partícula sobre la otra. Ninguna información puede ser respondida más rápido que la luz usando partículas entrelazadas. La teoría cuántica de campos facilita la demostración de que la información no puede propagarse a través de separaciones similares al espacio, más rápido que la luz. Un hecho importante en este razonamiento es que los resultados de las mediciones correlacionadas siguen siendo aleatorios: no podemos obligar a la otra partícula a medirse "hacia arriba" o "hacia abajo" (y transmitir información de esta manera) porqueno tenemos este control ni siquiera sobre nuestra propia partícula (ni siquiera en principio: no hay variables ocultas, el resultado es genuinamente aleatorio de acuerdo con las probabilidades predichas por QM).
Recomiendo la excelente conferencia del difunto Sidney Coleman Quantum Mechanics In Your Face, quien discutió este y otros temas conceptuales de la mecánica cuántica y la pregunta de por qué la gente sigue diciendo tonterías al respecto:
http://motls.blogspot.com/2010/11/sidney-coleman-quantum-mechanics-in.html
Deseo completar la respuesta de @Luboš Motl, a la que estoy de acuerdo. Mi punto es por qué la gente continúa cometiendo este error de un enlace activo. Este error está relacionado con una de las propiedades más interesantes de la mecánica cuántica, el teorema de Bell . Se puede argumentar que cualquier teoría física es una teoría de variables ocultas, siendo la variable oculta la descripción del estado de un objeto tal como está escrito por el teórico que lo describe. Para la teoría cuántica, la función de onda del objeto es la variable oculta .
El teorema de Bell establece que la predicción de la teoría cuántica no puede ser descrita por ninguna teoría local de variables ocultas. Más precisamente, para cualquier estado entrelazado, puede encontrar un conjunto de medidas con estadísticas que contradicen cualquier teoría de variable oculta local. Las tres posibles explicaciones son:
(1) es mucho más fácil de explicar y aparece a menudo en la divulgación científica, principalmente porque (2) es mucho más difícil de explicar y aceptar. Pero creo que la mayoría de los investigadores que trabajan con entrelazamiento prefieren la explicación (2). La intuición de Einstein era 3 (antes del teorema de Bell), porque no podía aceptar (1) y (2).
Curiosamente, el artículo original de Einstein de 1936 sobre la paradoja EPR trataba de un caso en el que se puede encontrar fácilmente una teoría de variable oculta local. El estado lo describió como lo que ahora se llama un estado comprimido de dos modos. Su función de Wigner es positiva y, por lo tanto, puede interpretarse como una distribución de probabilidad clásica en las mediciones de cuadratura (posición y momento), la única discutida en el documento EPR. Tal análisis clásico del enredo puede ser teóricamente muy útil y ayudar a la intuición en algunos casos sin necesidad de ninguna acción espeluznante a distancia . Sin embargo, como lo muestra Bell, tal teoría de la variable oculta local no puede ser lo suficientemente genérica para abarcar toda la mecánica cuántica.
De hecho, su punto de vista está bastante cerca del 'oficial'; el entrelazamiento ocurre simplemente porque ambas partículas se describen con una función de onda; la magia está en nuestro hábito clásico de pensar que los objetos separados se describen con "coordenadas" separadas.
Solo un buen análogo , el profesor Jürgen Audretsch me dijo una vez:
Imagina que en casa te pones un guante en el abrigo sin mirar (y te das cuenta de que es solo uno de los dos). Después de salir del tren notas que hace frío y sacas ese único guante. En este mismo instante sabes que es el guante izquierdo o el derecho, y por lo tanto sabes cuál te queda en casa. Sin embargo, su "medición" no transmitió ninguna información. Por supuesto, en la mecánica cuántica esto es más complicado debido a que la función de onda no se puede medir del todo, pero esta es la idea básica.
no es obvio para mí, por qué el entrelazamiento cuántico se considera un enlace activo
Veamos una variante particular de la paradoja EPR. Probablemente ya sepas esto, pero no sé cómo explicar el problema de otra manera:
Considere una fuente que produce pares de fotones entrelazados polarizados en la dirección z con espín neto 0, y dos físicos Alice y Bob tomando medidas.
Alice siempre mide el componente de espín de su fotón en la dirección x, mientras que Bob puede medir el componente de espín de su fotón en la dirección x o y.
Supongamos que la fuente, Alice y Bob están en reposo en relación con el marco del laboratorio, pero Bob está más cerca de la fuente y hace su medición primero. Si Bob toma una medida en la dirección y, las medidas de Alice no estarán correlacionadas. Si Bob toma una medida en la dirección x (corregida), los resultados estarán correlacionados: Alice siempre medirá el giro opuesto.
Esto es paradójico si asume que el colapso de la función de onda es real y local, sin importar cómo suceda (magia, decoherencia, interacciones estocásticas o cualquier otra cosa que haga flotar su bote).
De alguna manera, el fotón de Bob necesita decirle a su compañero que puede hacer lo que quiera si la medida se tomó en la dirección y, pero obligarlo a hacer lo correcto si la medida se tomó en la dirección x. Esta información debe propagarse más rápido que la luz para que esté disponible antes de que Alice realice su medición.
Hay varias formas posibles de salir de esta situación, y enumeraré tres de ellas:
Primero, puede postular que nunca hubo un colapso, que solo estamos tratando con una correlación estadística y que la paradoja es el resultado de aplicar la intuición clásica a los sistemas cuánticos.
En segundo lugar, puede postular que la acción espeluznante a distancia es simétrica en el tiempo, es decir, tanto la medida de Alice como la de Bob enviarán información más lenta que la luz pero hacia atrás en el tiempo hasta que llegue al evento que creó el enredo, que a su vez envía la información avanza en el tiempo. Los fotones siempre habrán sabido qué espín necesitarán para terminar. El pseudotiempo que utilicé en mi explicación es solo una herramienta didáctica: el proceso físico es una interferencia atemporal a través del espacio-tiempo.
En tercer lugar, puede aceptar que, de hecho, existen interacciones más rápidas que la luz que, sin embargo, no se pueden utilizar para transmitir información: son un mecanismo interno de contabilidad que mantiene el universo sincronizado. Lo mismo sucede en la teoría cuántica de campos, que es explícita si usa la imagen de partículas virtuales, pero incluso sin ella, existen correlaciones entre las excitaciones de campo a través de la separación similar al espacio.
No está realmente claro que los casos 1, 2 y 3 sean exhaustivos. Las discusiones sobre este fenómeno utilizan muchos términos que no están definidos con precisión. Por ejemplo, 'partícula' y 'sistema'. Si hay entrelazamiento, entonces hay un sistema combinado, y es engañoso llamar a ese sistema combinado 'dos partículas'.
El comentario sobre el realismo y la aproximación también es inexacto: todas las posiciones y datos en la física clásica también son aproximados, esto no tiene nada que ver con la diferencia entre clásica y cuántica o la diferencia entre usar un sistema hamiltoniano cuyos estados son puntos dados por momento y posición. coordenadas y utilizando un sistema hamiltoniano cuyos puntos son rayos en un Espacio de Hilbert.
El comentario sobre el entrelazamiento que solo se origina en la contigüidad en el pasado es inexacto e incluso si es cierto, no prueba nada si el Big Bang es verdadero, entonces nada evita que cada parte del universo se enrede, y probablemente lo esté, pero de una manera que no tiene importancia práctica.
Los comentarios de la gente aquí tocan el tema importante de si la función de onda es objetiva o subjetiva. El punto de vista de que las probabilidades representan nuestro conocimiento se denomina punto de vista 'bayesiano', es la interpretación bayesiana o subjetiva de la probabilidad, en contraste con el 'punto de vista objetivo' que tiene algunos problemas. Pero la visión bayesiana también tiene problemas, ya que terminas vinculando la mecánica cuántica con la conciencia en lugar de con aparatos de medición de materiales como contadores Geiger y cámaras de burbujas.
Entonces, otra respuesta a su pregunta es la siguiente: la gente prefiere hablar de un enlace activo porque no puede aceptar la interpretación subjetiva de la probabilidad y la función de onda. Hay mucha investigación actual que estudia la medición cuántica como un proceso físico real que involucra límites termodinámicos de sistemas inestables de temperatura negativa (cámaras de burbujas, etc.).
Para decirlo de otra manera:
la alternativa 1 asume implícitamente que en el sistema combinado hay 'dos partículas', pero esto es probablemente una falacia: la mecánica cuántica en realidad no reconoce ninguna noción precisa de partícula. Como en los límites termodinámicos, la noción de 'partícula' es una aproximación útil dentro de un cierto rango de configuraciones, y pierde validez y conduce a paradojas si se intenta utilizarla fuera de los límites de su validez.
La alternativa 2 supone implícitamente que si algo como la función de onda solo se puede medir de forma aproximada, de algún modo no es 'físico', pero esto es excesivamente simplista y preocupa a la gente debido a la aparente necesidad de incorporar el punto de vista subjetivo bayesiano.
La alternativa 3 es al menos tan abierta que no se le pueden encontrar fallas, pero tampoco hay una pizca de evidencia experimental para ello. Los únicos problemas con QM son lógicos, no experimentales.
Por lo tanto, si uno cuestiona las suposiciones implícitas hechas sobre el uso descuidado de conceptos como 'partícula', 'sistema' y 'probabilidad', hay muchas más alternativas y la respuesta final no está.
Creo que la mejor imagen para entender esta correlación viene dada por la interpretación de muchos mundos:
Un singlete se descompone en un par acoplado de superposición de partículas , por lo que el observador A ve una simple superposición de (que es un rastro parcial de la matriz de densidad global) y también lo hace B.
En la interpretación de muchos mundos, el observador A se dividirá en una y un observador (y también lo hará el observador B). Ahora bien, ¿dónde se manifestará el efecto de correlación?
El efecto de 'acoplamiento' se produce cuando el observador A y el observador B se unen a velocidades sublumínicas para comparar las notas de sus medidas: (recuerde que según muchos mundos, tenemos dos observadores A y dos observadores B).
La conservación del momento angular impide que el observador A+ interactúe con el observador B+ (de lo contrario, ambos estarán de acuerdo en que no se conservó el momento angular). Del mismo modo, el observador A- no puede interactuar con el observador B- por la misma razón.
Entonces, las interacciones restantes entre los observadores son:
A+ interactúa con B-
A- interactúa con B+
por lo que el estado final es una superposición de y , que se interpreta como una 'correlación entre observaciones remotas'.
se afirma cada vez que la medida de una partícula afecta a la otra
Si eso es correcto. Cuando se mide una de las partículas, esto asegurará el estado de esa partícula y su pareja.
la medida entrelazada afecta a ambas partículas de una manera que hace que sus estados sean idénticos, aunque desconocidos
Esto no es correcto. Las partículas se enredan antes de la medición. La medición da a conocer el estado de una partícula. Después de la medición, encontramos que no solo se define el estado de la partícula, sino también sus socios. No hay forma de medir uno de ellos sin afectar al otro. Los estados después de la medición no son necesariamente idénticos. La medición de partículas entrelazadas produce resultados aleatorios que no se correlacionan con las expectativas de cómo se comportarán.
modificación instantánea mágica de partícula remota enredada
La partícula entrelazada no se modifica instantáneamente. Estará en uno de sus posibles estados después de la medición.
El entrelazamiento cuántico se considera un vínculo activo porque el estado de ambas partículas se define cuando solo se mide una.
¿Cuáles son los problemas asociados con esta vista?
¡"Parece" que tocar una partícula toca a la otra sin tocarla!
Tratemos de entender a través de Sock Physics. Supongamos que tienes dos calcetines, que obedecen las leyes de la física clásica y son de diferentes colores, ahora tomas uno de ellos sin saberlo y dejas uno en casa sin saber cuál te llevaste. Luego, cuando estabas en un planeta diferente, decides mirar. Encuentras que es verde y puedes inferir que el otro calcetín debe ser azul. Por qué ? Porque es física clásica. Usted sabe que la física clásica sigue a los objetos que se comportan así a través de la experiencia de la física clásica .
Ahora, supongamos que hubiera dos calcetines enredados que obedecieran las leyes de la física cuántica. Mediste uno y pudiste inferir el otro debido a su naturaleza entrelazada. Por qué ? Porque obedecen leyes cuánticas. Las leyes cuánticas son más extrañas, pero te dicen el resultado que ocurrió. Toda la mierda de transferencia de información vendrá si tratas de entender las leyes cuánticas a través de una imagen clásica. En las leyes cuánticas, también hay transferencia de información. Resulta que no lo necesitas aquí.
Y el resto se entiende por la respuesta de Lubos Motl. Por qué la función de onda no es una onda real y, por lo tanto, puede viajar más rápido que la luz en algunos casos y en otros no. Sus partículas reales no pueden viajar más rápido que la luz y la evolución de la función de onda se ajustará automáticamente de acuerdo con las restricciones dadas para eso, en QFT, no en la mecánica cuántica no relativista.
difeomorfismo
kevin kostlán
knzhou