Nichtlokalität und Verrechtlichung PDF

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Nichtlokalität und Verrechtlichung einfach erklärt...

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Nichtlokalität und Verrechtlichung Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal der mikroskopischen Welt, das die Quantentheorie vorschreibt, ist die Idee der Nichtlokalität, die Albert Einstein eher als "gruselige Fernwirkung" bezeichnete. Dies wurde zuerst in den "EPR-Papieren" von Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen im Jahr 1935 beschrieben, und es wird manchmal als EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) -Paradox bezeichnet. Es wurde noch deutlicher durch Bells Theorem, veröffentlicht von John Bell im Jahr 1964, und die anschließenden praktischen Experimente von Clauser und Freedman im Jahr 1972 und von Alain Aspect. Lokalität in der Physik ist die Idee, dass Dinge nur von lokalen oder nahen Kräften beeinflusst werden. Das auf dem Herd kochende Wasser tut dies wegen der Energie, die von der darunter liegenden Flamme abgegeben wird. Selbst die Geräusche, die aus Ihrem Radio kommen, werden von der elektromagnetischen Störung in der Luft neben der Antenne decodiert, die sich mit Lichtgeschwindigkeit vom Funksender ausbreitet. Aber denken wir alle, nichts kann etwas aus der Ferne beeinflussen ohne eine "Kettenreaktion" Störung, die laut Einstein die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten kann. Allerdings, sagt die Quantenmechanik, gibt es etwas, das Verschränkung genannt wird. Nein, nicht die Art, die du mit Becky unter der Tribüne in der High School gehabt hast. Diese Art von Verschränkung besagt, dass Teilchen, die einst "interagiert" haben, für immer miteinander verflochten sind, wodurch sich ihre Eigenschaften im Verhalten des jeweils anderen widerspiegeln. Nimm zum Beispiel 2 Teilchen, die aus derselben Reaktion stammen, und teile sie durch galaktische Entfernungen. Was man tut, wird der andere folgen. Dies wurde auf eine Entfernung von 1

mindestens 18 km nachgewiesen und scheint Einsteins Theorie der speziellen Relativität zu verletzen. Einstein hat dieses Konzept in seinem berühmten EPR-Papier natürlich in Frage gestellt und glaubte lieber, dass "versteckte Variablen" für den Effekt verantwortlich waren. Aber 1964 entwickelte der Physiker John Bell einen mathematischen Beweis, dass keine lokale Theorie für alle experimentellen Ergebnisse der Quantenmechanik verantwortlich sein kann. Mit anderen Worten, die Welt ist nicht-lokal. Zeitraum. Es ist, als ob, so der SciAm-Artikel, "eine Faust in Des Moines in Dallas eine Nase brechen kann, ohne irgend etwas anderes im Herzen zu stören." "Später führte Alain Aspect überzeugende Experimente durch, die diese Nichtlokalität demonstrierten. 45 Jahre nach John Bells Beweis kommen die Wissenschaftler mit dem Gedanken zurecht, dass die Welt nichtlokal ist und die spezielle Relativitätstheorie Grenzen hat. Beide Ideen sind überwältigend. Nichtlokalität beschreibt die augenscheinliche Fähigkeit von Objekten, unmittelbar über den Zustand des anderen zu wissen, selbst wenn sie durch große Entfernungen (möglicherweise sogar Milliarden von Lichtjahren) getrennt sind, fast so, als ob das Universum seine Teilchen augenblicklich in Erwartung zukünftiger Ereignisse anordnet.

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In der Quantenwelt scheint also, ungeachtet dessen, was Einstein festgestellt hat, dass die Lichtgeschwindigkeit die maximale Geschwindigkeit für alles im Universum ist, eine sofortige Aktion oder Übertragung von Informationen möglich zu sein. Dies steht in direktem Widerspruch zu dem "Prinzip der Lokalität" (oder was Einstein das "Prinzip des lokalen Handelns" nannte), der Vorstellung, dass entfernte Objekte keinen direkten Einfluss aufeinander haben können, und dass ein Objekt direkt nur von seinem unmittelbaren beeinflusst wird Umgebung, eine Idee, auf der fast die gesamte Physik beruht. Die Nichtlokalität deutet darauf hin, dass das Universum sich zutiefst von unserem gewohnten Verständnis unterscheidet und dass die "getrennten" Teile des Universums potentiell potentiell eng miteinander verknüpft sind. In der Tat war Einstein von den Schlussfolgerungen über die Nichtlokalität einmal derart verärgert, dass er erklärte, dass die ganze Quantentheorie falsch sein müsse, und er akzeptierte die Idee der Nichtlokalität niemals bis zu seinem Todestag.

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Nichtlokalität tritt aufgrund des Phänomens der Verschränkung auf, wobei Teilchen, die miteinander interagieren, permanent korreliert werden oder abhängig von den Zuständen und Eigenschaften des anderen sind, in dem Maße, wie sie effektiv ihre Individualität verlieren und sich in vielerlei Hinsicht als eine Einheit verhalten. Die beiden Konzepte von Nichtlokalität und Verschränkung gehen sehr viel Hand in Hand, und obwohl sie merkwürdig sind, sind sie Tatsachen von Quantensystemen, die wiederholt in Laborexperimenten demonstriert wurden. Wenn zum Beispiel ein Paar von Elektronen zusammen erzeugt wird, wird einer im Uhrzeigersinn drehen und der andere wird gegen den Uhrzeigersinn drehen (Spin ist eine besondere Eigenschaft von Teilchen, deren Details uns hier nicht interessieren, der Hauptpunkt ist, dass es zwei mögliche Zustände gibt und dass der totale Spin eines Quantensystems immer auf Null gehen muss). In der Quantentheorie ist jedoch auch eine Superposition möglich, so dass angenommen werden kann, dass die zwei Elektronen gleichzeitig Spins im Uhrzeigersinn gegen den Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn haben. Wenn das Paar dann um eine beliebige Entfernung getrennt ist (ohne sie zu beobachten und dadurch zu entschlüsseln) und dann später überprüft wird, kann das zweite Teilchen augenblicklich den entgegengesetzten Spin zum ersten annehmen, so dass das Paar seinen Null-Spin beibehält, egal wie weit sie voneinander entfernt sind, und in völliger Verletzung des Gesetzes über die Geschwindigkeit des Lichts.

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Trotz Einsteins Bedenken hinsichtlich Verschränkung und Nichtlokalität und der praktischen Schwierigkeiten, Beweise auf die eine oder andere Weise zu erhalten, versuchte der irische Physiker John Bell, das Problem zu erzwingen, indem es es eher experimentell als nur theoretisch machte. Bells Theorem, 1964 veröffentlicht, und von einigen als eine der tiefgründigsten Entdeckungen in der gesamten Physik bezeichnet, zeigte effektiv, dass die Ergebnisse von der Quantenmechanik vorhergesagt werden (zum Beispiel in einem Experiment wie das von Einstein, Podolsky und Rosen beschrieben). konnte nicht durch irgendeine Theorie erklärt werden, die Lokalität konservierte. Die nachfolgenden praktischen Experimente von John Clauser und Stuart Freedman im Jahr 1972 scheinen (trotz Clausers anfänglicher Befürwortung von Einsteins Position) definitiv zu zeigen, dass die Auswirkungen von Nichtlokalität real sind und dass "gruselige Fernhandlungen" tatsächlich möglich sind. Theoretisch können die Konzepte von Verschränkung und Nichtlokalität Anwendungen in der Kommunikation und sogar Teleportation finden, obwohl diese Ideen in diesem Stadium noch 5

weitgehend hypothetisch sind. Aufgrund der Auswirkungen der Unschärferelation stört der bloße Akt der Beobachtung der Eigenschaften von Teilchen auf einer Quantenebene (Spin, Ladung usw.) das Quantensystem unwiderruflich, und dies scheint uns daran zu hindern, dieses System als Mittel zu benutzen der sofortigen Kommunikation. Anton Zeilingers Arbeiten an zwei Observatorien auf den Kanarischen Inseln haben jedoch viel versprechende Hinweise darauf ergeben, dass verschränkte Teilchen tatsächlich an einem anderen Ort rekonstituiert werden können (obwohl der Sprung zu einem Teleportationsgerät, wie es in Star Trek vorgesehen ist, ein tiefgreifender ist). Zusammenfassend leiten wir die Leistung von Quantensteuerung, Nichtlokalität und Verschränkung analytisch her und diskutieren die Beziehung zwischen ihnen in strukturierten Reservoirs für zwei verschiedene Typen von Anfangszuständen: verschränkter reiner Zustand und verschränkter Mischzustand. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Steuerbarkeit von verschränkten reinen Zuständen stärker ist als die von verschränkten Mischzuständen, und verschränkte reine Zustände und die maximalen EESs sind lenkbar. Nicht jeder verwickelte Entwicklungszustand ist lenkbar und einige lenkbare Zustände können die Bell-CHSH-Ungleichheit nicht verletzen. Mit anderen Worten, wenn ein von Alice und Bob geteilter verschränkter Zustand lenkbar ist, wenn der Zustand unter den Reservoirs leidet, kann der Zustand unbeständig sein, während die Bell-Nichtlokalität abwesend sein kann. Wichtig ist, dass alle EESs die EUR-Lenkungsungleichung und die Bell-CHSH-Ungleichung in PD- und PF-Kanälen verletzen können, wenn sie anfangs einen verschränkten reinen Zustand teilen. Im BFKanal können alle lenkbaren Zustände Bell-Nichtlokalität erfüllen, einige EES sind jedoch nicht durchführbar. Wenn sie jedoch anfangs einen verschränkten gemischten Zustand teilen, können alle EESs verwendet werden, um das Steuern zu realisieren, und können zu Bell-Nichtlokalität im BF-Kanal führen. Darüber hinaus kann Dekohärenz effektiv die Verschlechterung von 6

Quantensteuerung, Nichtlokalität und Verschränkung induzieren. Diese Quantenkorrelationen erfahren jedoch eine Erholung mit der Zunahme der Dekohärenzstärke in BF- und PF-Kanälen. Man könnte also sagen, dass die Steuerbarkeit des Zustands mit der Wechselwirkung zwischen Quantensystemen und externen Geräuschen verbunden ist.

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