Fisika Quantum yang rumit

Fenomena keterikatan kuantum, ketika partikel-partikel yang dipisahkan dalam ruang secara mistis berinteraksi satu sama lain, secara kasar melanggar larangan transfer interaksi dengan kecepatan superluminal, telah lama dianggap sebagai bagian dari ilmu pengetahuan dan tidak ada keraguan dalam komunitas ilmiah. Prospek untuk membuat komputer kuantum atas dasar ini sedang dipelajari secara serius. Dipercayai bahwa elemen datanya - qubit akan berubah dan mentransmisikan status informasinya melalui mekanisme keterikatan kuantum. Sebuah organisasi pragmatis seperti DARPA dengan murah hati mendanai ilmu yang luar biasa ini. Sementara itu, ada alasan serius untuk sudut pandang yang menurutnya keterjeratan kuantum dalam arti paradoks EPR adalah mitos yang telah berakar pada lapisan permukaan pemahaman mekanika kuantum.

Paradoks EPR

Einstein melancarkan serangan terhadap mekanika kuantum dengan spanduk di tangannya, yang bertuliskan "Tuhan tidak bermain dadu." Dalam artikel terkenal [0], diterbitkan pada tahun 1935, yang disebut Paradoks EPR (Einstein, Podolsky, Rosen). Dari paradoks ini, yang sebenarnya adalah sofisme, mitos keterikatan kuantum lahir.

Gagasan utama EPR, menurut sebuah artikel oleh penulisnya, adalah sebagai berikut. Biarkan ada sepasang objek kuantum 1 dan 2, membentuk sistem tunggal dengan fungsi gelombang $$$\ Psi (x_1, x_2)$ di mana set variabel $$$x_1$ dan $$$x_2$ digunakan untuk menggambarkan perilaku subsistem 1 dan 2 secara terpisah. Jika set lengkap ditentukan $$$u_1 (x_1), u_2 (x_1), \ ldots, u_n (x_1), \ ldots$ fungsi eigenwave untuk beberapa yang dapat diamati dari sistem 1, kemudian fungsi $$$\ Psi (x_1, x_2)$ terurai dalam seri Fourier:

$$

$$\ Psi (x_1, x_2) = \ sum_ {n = 1} ^ {\ infty} \ varphi_n (x_2) u_n (x_1)$$

Sekarang anggaplah bahwa subsistem bergerak menjauh satu sama lain dan setelah beberapa waktu jarak antara mereka menjadi begitu besar sehingga pengaruh timbal balik tidak mungkin. Jika kemudian kita mengukur nilai-nilai (komuter) yang dapat diamati dari sistem 1, maka, berdasarkan prinsip-prinsip mekanika kuantum, ia akan melompat ke status eigen $$$u_k (x_1)$ . Dalam konteks paradigma yang membingungkan, acara ini memiliki nama dramatis "runtuhnya fungsi gelombang". Oleh karena itu, penulis EPR lebih lanjut berpendapat, keseluruhan sistem secara keseluruhan melompat ke keadaan dengan fungsi gelombang $$$\ varphi_k (x_2) u_k (x_1)$ . Ini berarti bahwa subsistem 2 tiba-tiba bisa $$$\ varphi_k (x_2)$ , meskipun tidak ada dampak subsistem 1 dan instrumen pengukuran di atasnya.

Di hadapan kita adalah efek utama, yang dikaitkan dengan gagasan nonlokalitas mekanika kuantum, yaitu, interaksi sesaat yang tak dapat dipahami dan tak dapat dijelaskan, objek kuantum jauh 1 dan 2. Terdiri dari fakta bahwa ketika mengukur sejumlah kuantitas fisik yang terkait dengan sistem 1, secara otomatis dan langsung status sistem 2 berubah.

Dalam alasan di atas, ada dua kesalahan sekaligus. Yang pertama adalah fungsi gelombang $$$\ varphi_k (x_2) u_k (x_1)$ , secara umum, tidak sesuai dengan kondisi sistem persatuan yang ada. Oleh karena itu, yang terakhir tidak diperlukan untuk masuk $$$\ varphi_k (x_2) u_k (x_1)$ tiba-tiba selama pengukuran yang terkait hanya dengan sistem 1. Namun pertanyaan muncul: dalam keadaan apa subsistem 2 setelah pengukuran 1? Jawabannya sederhana dan jelas - kondisinya tidak akan berubah. Bahkan, karena objek 1 dan 2 independen dalam situasi yang dipertimbangkan, maka

$$

$$\ Psi (x_1, x_2) = \ Psi_1 (x_1) \ Psi_2 (x_2) = \ Psi_2 (x_2) \ sum_ {n = 1} ^ {\ infty} c_nu_n (x_1) = \ sum_ {n = 1} ^ {\ infty} c_nu_n (x_1) \ Psi_2 (x_2)$$

dimana $$$\ Psi_j (x_j)$ - fungsi gelombang sistem $$$j = 1, 2$ dipertimbangkan secara terpisah. Oleh karena itu, segera setelah subsistem 1 dalam keadaannya sendiri $$$u_k (x_1)$ , subsistem 2 secara otomatis dalam ... keadaan aslinya $$$\ Psi_2 (x_2)$ . Yang mana yang diharapkan!

Kesalahan kedua adalah bahwa sepasang objek yang tidak berinteraksi 1 dan 2, secara resmi digabungkan ke dalam sistem tunggal, sebenarnya tidak mengalami gangguan dalam pengukuran, yang hanya terkait dengan subsistem 1. "Gangguan" seperti itu tidak dapat menyebabkan lompatan dalam sistem gabungan menjadi salah satu dari eigenstates (satu set lengkap perjalanan pulang pergi yang diperoleh dengan menggabungkan set 1 dan 2). Untuk melakukan ini, akan perlu untuk membuat marah seluruh sistem secara keseluruhan, yaitu, benar-benar bertindak pada objek 2 juga.

Jadi, pseudo-paradox EPR hanya memaksa kita untuk mengklarifikasi konsep gangguan. Tetapi sebaliknya mereka memberikan makna absolut dan formal, seolah-olah mengepakkan sayap kupu-kupu dianggap sebagai gangguan Semesta ... meskipun dari sudut pandang filosofis itu. Jawaban tepat untuk pertanyaan di atas adalah apa yang sebenarnya terjadi dengan subsistem 2 setelah pengukuran 1. Pada dasarnya tidak ada!

Dari pseudo-paradox mereka, penulis EPR membuat kesimpulan yang luas tentang ketidaklengkapan mekanika kuantum, yaitu bahwa teori ini memerlukan parameter tambahan untuk menggambarkan sistem kuantum. Parameter yang mengecualikan ketidakpastian dan membuat perilakunya deterministik dalam semangat klasik. Dari sudut pandang Einstein, sains sama sekali belum mengetahui parameter tersembunyi ini dan hukum perilaku mereka, oleh karena itu dibatasi oleh sifat probabilistik prediksi kuantum.

Dalam penjelasan populer tentang efek keterikatan kuantum sepasang partikel, setelah eksposisi bebas EPR, mereka selalu merujuk pada hukum konservasi. Pertimbangkan kasus sepasang elektron. Tidak ada gunanya membahas konservasi momentum, meskipun sebuah contoh sering diberikan pada pasangan elektron "terjerat" dengan momen. $$$\ pm \ vec p$ . Karena operator momentum memiliki spektrum kontinu, status eigennya hampir tidak dapat direalisasikan. Oleh karena itu, pada tingkat kuantum, tidak ada gunanya untuk mempertimbangkan sepasang elektron dengan momenta $$$\ pm \ vec p$ . Dengan demikian, kami mengesampingkan momentum dan mempertimbangkan kasus pasangan elektron "terjerat" dengan proyeksi nol total putaran pada sumbu Z (singlet).

Menjaga proyeksi putaran berarti untuk operator $$$m_z$ proyeksi putaran pada sumbu z berlangsung $$$[m_z, H] = 0$ dimana $$$H$ Adalah operator energi dari sistem ini. Secara khusus, ini berarti bahwa jika sistem pada awalnya dalam kondisi operator sendiri $$$m_z$ , maka di masa depan, dengan tidak adanya gangguan eksternal, itu akan menjadi masing-masing $$$t$ berada dalam kondisi yang dapat diamati $$$m_z$ , meskipun vektor keadaan dapat berubah seiring waktu.

Untuk satu elektron, operator $$$m_z$ memiliki dua vektor eigen, kami menyatakannya $$$| 1 \ rangle$ dan $$$2 \ rangle$ jadi itu

$$

$$m_z (| 1 \ rangle) = \ frac {1} {2} \ frac {h} {2 \ pi} | 1 \ rangle \ qquad m_z (| 2 \ rangle) = - \ frac {1} {2} \ frac {h} {2 \ pi} | 2 \ rangle$$

Misalkan sepasang elektron pada awalnya dalam keadaan $$$c \ cdot (| 1,2 \ rangle- | 2,1 \ rangle)$ dimana $$$c$ - bilangan kompleks apa pun. Inilah vektornya $$$| a, b \ rangle$ sesuai dengan keadaan pasangan yang sedemikian sehingga elektron pertama berada dalam keadaan $$$| a \ rangle$ dan yang kedua bisa $$$| b \ rangle$ . Ketentuan $$$c \ cdot (| 1,2 \ rangle- | 2,1 \ rangle)$ adalah hak milik ke belakang $$$M_z$ sistem dua elektron, jadi ketika mengukur sistem akan tetap dalam keadaan ini dan nilai nol akan diperoleh $$$M_z '= 0$ untuk bagian belakang pasangan.

Dalam proses hamburan elektron ke arah yang berbeda, keadaan spin singlet tidak akan berubah jika sistem tetap terisolasi sampai pengukuran pertama. Ini berarti untuk setiap $$$t$ sepasang elektron dalam keadaan $$$c (t) \ cdot (| 1,2 \ rangle- | 2,1 \ rangle)$ mana yang tepat untuk operator $$$M_z$ dan memenuhi maknanya sendiri $$$M_z '= 0$ . Menurut argumen populer tentang sepasang elektron terjerat, ketika mengukur putaran salah satu partikel, sistem akan melompat ke status eigen operator. $$$M_z$ . Tetapi menurut mekanika kuantum, karena sistem sudah dalam kondisi sendiri (satu set lengkap perjalanan pulang pergi yang dapat diobservasi, termasuk $$$M_z$ , dia akan tetap di dalamnya setelah pengukuran. Dengan demikian, hanya faktor numerik di depan vektor yang akan berubah $$$| 1,2 \ rangle- | 2,1 \ rangle$ .

Dengan demikian, transisi dari elektron yang diukur ke keadaan $$$| 1 \ rangle$ , dan yang kedua menyatakan $$$| 2 \ rangle$ tidak akan terjadi Suatu kontradiksi diperoleh dengan fakta bahwa elektron yang diukur akan masuk ke status eigen operatornya $$$m_z$ . Oleh karena itu ketika mengukur putaran salah satu elektron, keadaan bersama singlet akan hancur. Dalam hal ini, keadaan elektron kedua akan tetap tidak berubah, yaitu, tidak terbatas dalam hal putaran, yaitu $$$| 1 \ rangle + | 2 \ rangle$ .

Dalam paradigma yang membingungkan, sepasang foton dalam keadaan polarisasi identik juga dipertimbangkan, sehingga keadaan umum pasangan dapat ditentukan oleh vektor. $$$c (| 1,1 \ rangle + | 2,2 \ rangle)$ dimana $$$| 1 \ rangle$ dan $$$| 2 \ rangle$ mengatur negara polarisasi dalam arah tegak lurus. Jika selama pengukuran salah satu foton masuk ke kondisi sendiri $$$| 1 \ rangle$ , maka seharusnya ini akan memerlukan transisi dari pasangan ke negara $$$| 1,1 \ rangle$ , yaitu, lompatan instan foton kedua ke keadaan polarisasi yang sama $$$| 1 \ rangle$ . Namun, mirip dengan contoh dengan singlet elektron, dapat diperdebatkan bahwa sepasang foton akan tetap dalam keadaan sendiri. $$$c (| 1,1 \ rangle + | 2,2 \ rangle)$ . Kontradiksi ini berarti bahwa pengukuran salah satu dari dua foton menghancurkan sistem, setelah itu foton kedua tetap dalam keadaan semula. $$$| 1 \ rangle + | 2 \ rangle$ . Keterikatan dalam arti EPR juga tidak muncul di sini.

Ketidaksetaraan Bella

Pada tahun 1964, John Stuart Bell menulis sebuah artikel menarik [1] di mana ia secara kritis menganalisis hipotesis parameter tersembunyi. Argumen sederhana yang mengejutkan dari Bell ini memiliki pengaruh besar pada pengembangan fisika kuantum dari akhir abad ke-20 hingga saat ini.

Dalam perjalanan penalarannya, Bell menyimpulkan ketidaksetaraan $$$1 + P (\ vec b, \ vec c) \ geq | P (\ vec a, \ vec b) -P (\ vec a, \ vec c) |$ dimana $$$\ vec a, \ vec b, \ vec c$ - ini adalah vektor satuan dari berbagai arah di ruang angkasa di mana putaran dua partikel (elektron) yang tersebar di arah yang berbeda diproyeksikan. Awalnya, partikel memiliki putaran total nol, mis. membentuk singlet. Pada saat bersamaan $$$P (\ vec a, \ vec b)$ menunjukkan koefisien korelasi tidak teratur dari sepasang variabel acak $$$\ vec \ sigma_1 \ cdot \ vec a$ dan $$$\ vec \ sigma_2 \ cdot \ vec b$ menjadi proyeksi variabel putaran $$$\ vec \ sigma_1$ dan $$$\ vec \ sigma_2$ partikel 1 dan 2 searah vektor $$$\ vec a$ dan $$$\ vec b$ sesuai. Dengan kata lain $$$P (\ vec a, \ vec b)$ Apakah rata-rata produk angka $$$\ vec \ sigma_1 \ cdot \ vec a$ dan $$$\ vec \ sigma_2 \ cdot \ vec b$ . Yang, perhatikan, ambil nilainya $$$\ pm 1$ . Ketidaksetaraan ini berlaku jika hipotesis Einstein tentang parameter tersembunyi benar. $$$\ lambda$ sistem kuantum. Dan itu dapat diperiksa secara statistik. Di masa depan, ketidaksetaraan lainnya diperoleh dengan cara yang sama, yang berlaku tidak hanya untuk pasangan elektron tunggal, dan semuanya disebut ketidaksetaraan Bell. Sebagai contoh, ini:

$$

$$| P (\ vec a, \ vec b) + P (\ vec a, \ vec b ') + P (\ vec a', \ vec b) - P (\ vec a ', \ vec b') | \ leq 2$$

Ini juga valid hanya jika ada parameter tersembunyi $$$\ lambda$ sistem kuantum yang menentukan perilakunya. Selain itu, karena hukum perilaku parameter ini tidak diketahui, mereka dianggap sebagai variabel acak.

Untuk mengilustrasikan pernyataan terakhir, pertimbangkan pengalaman melempar koin. Jelas bahwa penerbangan koin yang ditinggalkan ditentukan oleh banyak jumlah yang menggambarkan bentuknya, distribusi massa, kondisi terperinci lemparan, bentuk permukaan air terjun dan faktor-faktor lain yang menentukan jawaban atas pertanyaan: "kepala atau ekor". Dengan pertimbangan penuh dari semua "parameter tersembunyi" ini, yang Bell tunjukkan dengan simbol $$$\ lambda$ , seseorang dapat memberikan perkiraan yang andal 100% tentang bagaimana koin akan jatuh. Namun, penghitungan seperti itu terlalu rumit, dan ini tidak terlalu diperlukan, oleh karena itu, mereka puas dengan perkiraan probabilitas tentang bagaimana koin jatuh. Dengan demikian, parameter tersembunyi harus dianggap variabel acak. Pertanyaan: apakah parameter tersembunyi yang serupa ada dalam sistem kuantum apa pun, atau adakah tidak ada parameter seperti itu, dan apakah perilaku stokastik benda-benda subatomik melekat pada sifat benda?

Dalam percobaan dengan yang disebut Partikel terjerat, paling sering foton, hasil yang diinginkan selalu merupakan pelanggaran ketidaksetaraan Bell. Pelanggaran semacam itu sebenarnya telah diamati sejak akhir 70-an abad lalu, dan hari ini sudah lazim untuk menafsirkannya sebagai bukti dari munculnya keadaan kuantum terjerat. Pada saat yang sama, upaya yang cukup besar dari para peneliti bertujuan untuk menyebarkan perangkat yang merekam putaran partikel atau arah polarisasi foton ke jarak sejauh mungkin untuk mengecualikan pengaruh timbal balik dari benda dan alat ukur. Dengan demikian telah membuat efek transmisi interaksi ses instan meyakinkan mungkin, yang membentuk dasar fantasi teleportasi kuantum.

Namun, pada kenyataannya, pelanggaran terhadap ketidaksetaraan Bell berarti satu dari dua hal.

a) Sistem kuantum tidak memiliki parameter tersembunyi. Ini sepenuhnya konsisten dengan mekanika kuantum dan tidak terkait dengan keterjeratan.

b) Ada parameter tersembunyi, dan kemudian pengukuran dari salah satu subsistem dapat mempengaruhi yang lain. Oleh karena itu, keterikatan kuantum memiliki tempatnya.

Oleh karena itu, tidak ada alasan untuk berpendapat bahwa pelanggaran ketidaksetaraan Bell secara eksperimental membuktikan fenomena keterikatan EPR. Adalah masuk akal untuk mengasumsikan bahwa mereka mensyaratkan a), yaitu, bahwa mekanika kuantum tidak memerlukan parameter tersembunyi dan peningkatan dalam semangat Bohm. Namun, pelanggaran ini dianggap sebagai bukti keterikatan EPR pasangan foton.

Paradigma ini dibentuk di bawah pengaruh karya Aspe dan ilmuwan lain yang membuat eksperimen serupa. Selain pelanggaran yang tidak diragukan dari ketidaksetaraan Bell, korelasi antara arah polarisasi foton yang saling terpencil diduga diamati di dalamnya. Jika demikian, maka tidak perlu bagi ketidaksetaraan Bell untuk menguji EPR secara eksperimental. Perlu dicatat bahwa Aspe sendiri, dilihat dari artikel [1], hanya menganggap korelasi sebagai bukti keterjeratan. Namun pada kenyataannya, ada "korelasi" dari setiap foton yang jatuh ke dalam photomultiplier dengan dirinya sendiri. Lebih tepatnya: ia mencapai dua photomultipliers hampir bersamaan (lihat di bawah).

Pengalaman Aspe

Pengalaman Alan Aspe (Aspect) - seorang peneliti yang brilian dan klasik sihir kuantum, membuat kontribusi utama pada transformasi EPR - mitos menjadi dogma. Hasil percobaan Aspe dan lainnya ditafsirkan berdasarkan konsep foton sebagai partikel titik (dengan pemesanan umum tentang dualitas gelombang-partikel). Itu salah, karena foton tidak memiliki representasi Schrödinger [2]. Secara sederhana, untuk partikel-partikel ini konsep koordinat spasial tidak ada artinya. Karena itu, seseorang tidak dapat mengatakan bahwa pada titik waktu tertentu foton berada di tempat tertentu. Ia bisa dilokalkan dalam bentuk paket gelombang kecil, tetapi dalam kasus ini, polarisasi kehilangan artinya.

Dalam hal ini, adalah tepat untuk mengutip Dirac (PAM Dirac, hal. 25 [2]).

"... Misalkan kita memiliki seberkas cahaya yang terdiri dari sejumlah besar foton yang terbagi menjadi dua komponen dengan intensitas yang sama. Dengan asumsi bahwa intensitas sinar berkaitan dengan kemungkinan jumlah foton, kita akan mendapatkan bahwa setengah dari total akan jatuh ke masing-masing komponen jumlah foton. Jika dua komponen ini mengganggu lebih jauh, maka kita harus menuntut agar foton dari satu komponen dapat mengganggu foton dalam komponen lain. Kadang-kadang dua foton ini akan dihancurkan, kadang-kadang mereka akan berubah menjadi empat Ini akan bertentangan dengan hukum kekekalan energi.Teori baru yang menghubungkan fungsi gelombang dengan probabilitas untuk satu foton mengatasi kesulitan ini, mengingat setiap foton sebagian di masing-masing dari dua komponen.Kemudian setiap foton hanya mengganggu dengan sendirinya. dua foton berbeda tidak pernah terjadi . "

Pikiran yang serupa terdengar dalam kutipan dari Heisenberg, yang berhubungan dengan paradoks EPR dan terkait dengan interpretasi eksperimen Aspe (W. Heisenberg, hal. 34 [3]).

" Sehubungan dengan pertimbangan ini, percobaan pikiran yang diusulkan oleh Einstein harus ditunjukkan di sini. Bayangkan satu kuantum cahaya, yang diwakili oleh paket gelombang yang dibangun dari gelombang Maxwell dan yang, karenanya, wilayah ruang yang diketahui ditugaskan dan, dalam arti hubungan ketidakpastian, rentang frekuensi tertentu Dengan refleksi dari pelat tembus cahaya, kita dapat dengan mudah menguraikan paket gelombang ini menjadi dua bagian: dipantulkan dan ditransmisikan. probabilitas menemukan kuantum cahaya baik di satu atau bagian lain dari paket gelombang. Setelah waktu yang cukup lama, kedua bagian akan secara sewenang-wenang saling menjauh satu sama lain. Jika sekarang ditentukan oleh pengalaman bahwa kuantum cahaya terletak di bagian yang dipantulkan dari paket gelombang. maka secara simultan akan memberikan bahwa probabilitas untuk menemukan kuantum cahaya di bagian lain sama dengan 0. Pengalaman di lokasi setengah paket yang dipantulkan dengan demikian menghasilkan beberapa aksi (pengurangan paket gelombang!) pada jarak jauh yang sewenang-wenang di mana separuh lainnya, dan mudah untuk melihat bahwa tindakan ini menyebar dengan kecepatan superluminal . "

Dengan demikian, upaya untuk mendeteksi pasangan foton terjerat EPR menggunakan interferometer tidak ada artinya. Misalkan kita membagi balok cahaya dengan cermin tembus cahaya, setelah itu kita melewati satu balok melalui polarizer. Menurut paradigma EPR, pasangan terjerat foton yang terpolarisasi identik dari dua balok muncul. Ini dapat diverifikasi melalui interferensi, tetapi karena setiap foton akan mengganggu dirinya sendiri, kebetulan polarisasi yang diukur di tempat yang berbeda tidak dapat diartikan sebagai keterikatan EPR.

Kemungkinan yang diasumsikan secara polarisasi dari foton titik membentuk dasar untuk interpretasi yang salah dari eksperimen Aspe. Kami mulai dengan deskripsi singkat tentang eksperimen ini (untuk detail, lihat [1]).

Sumber fluoresensi kaskade digunakan, di mana atom memancarkan pasangan kuanta dengan interval $$τ ≈ 5 ns. Dalam percobaan pertama, salah satu foton dari pasangan memiliki panjang gelombang 551,3 nm (lampu hijau), dan yang lainnya 422,7 nm (ungu). Berdasarkan hukum kekekalan momentum dan momentum sudut, diyakini bahwa dalam setiap kaskade foton tersebar ke arah yang berbeda, memiliki arah polarisasi melingkar yang sama - kiri atau kanan dengan probabilitas 0,5, yang setara dengan tetap pada posisi superposisi dua negara polarisasi linier dalam arah sumbu X dan Y. Aspe dan para pengikutnya percaya bahwa pasangan kuanta cahaya ini lahir dalam keadaan terjerat, terpolarisasi:$\tau\approx 5$

$$

$$|\Psi\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(|R_1\rangle\otimes|R_2\rangle+|L_1\rangle\otimes|L_2\rangle\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(|x\rangle\otimes|x\rangle+|y\rangle\otimes|y\rangle\right)$$

$$

$$|R_1\rangle=|L_2\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}(|x\rangle+i|y\rangle),\qquad|L_1\rangle=|R_2\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}(|x\rangle-i|y\rangle)$$

Serikat $$$| x \ rangle$ , $$| y ⟩ bertemu di sepanjang arah sumbu polarisasi, kondisi$|y\rangle$$$$|R_j\rangle$ , $$| L j ⟩ - dua arah polarisasi melingkar dari jumlah foton$|L_j\rangle$$$$j=1,2$ .

Keterikatan EPR berarti bahwa jika salah satu foton terdeteksi terpolarisasi di sepanjang sumbu X (yang cukup untuk melewatkannya melalui polarizer dengan orientasi X), maka yang kedua akan secara otomatis, pada saat yang sama, berada dalam keadaan yang sama (yang dapat dideteksi menggunakan yang kedua). polarizer). Hal yang sama berlaku untuk sumbu Y. Dalam hal ini, orang berbicara tentang korelasi antara arah polarisasi foton dari pasangan terjerat, yang dapat diukur.


Skema percobaan Aspe

Dalam skema tersebut, sepasang laser menggairahkan sumber fluoresens dari radiasi kaskade, yang, menurut Aspe, memancarkan pasangan foton terjerat. Masing-masing dari mereka melewati polarizer sendiri (Pol I dan Pol II), setelah itu, melewati filter frekuensi, memasuki photomultiplier (PM I dan PM II). Yang terakhir, pada dasarnya, adalah pendeteksi foton tunggal dan beroperasi berdasarkan prinsip longsoran elektronik yang memulai efek fotolistrik. Sirkuit kontrol photomultiplier diatur sedemikian rupa sehingga setiap pasangan kuanta terdeteksi dalam rentang waktu sekitar 20 ns. Tidak mungkin sepasang foton acak dari dua atom berbeda masuk ke dalamnya. Dengan demikian, sirkuit hampir pasti hanya akan memperbaiki pasangan yang dipancarkan dalam satu kaskade. Ini terjadi rata-rata 100 kali per detik. Ingatlah bahwa setiap pasangan seperti itu dianggap EPR - bingung.

Jika sekarang untuk periode waktu tertentu kita menghitung jumlah pasangan untuk kasus ketika salah satu polarizer ("kiri" atau "kanan") dihapus, maka kita dapat menghitung koefisien korelasi antara peristiwa polarisasi foton kiri dalam arah yang diberikan $$→ a , dan langsung menuju$\vec a$$$$\vec b$ . Pengukuran semacam itu memungkinkan untuk memverifikasi ketidaksetaraan Bell dan juga mengungkapkan korelasi antara polarisasi foton masing-masing pasangan (untuk arah yang berbeda $$$\vec a$ dan $$$\vec b$ )Itulah yang dilakukan oleh kelompok Aspe.

Namun, dalam percobaan Aspe, mungkin ada hitungan foton tunggal yang mencapai dua photomultipliers dalam bentuk gelombang dengan front berbentuk bola (permukaan gelombang). Menurut kuantum elektrodinamika [4], medan foton dengan momentum sudut tertentu merambat secara tepat dalam bentuk gelombang semacam itu. Dapat dibuktikan bahwa gelombang ini tiba di masing-masing dari dua polarizer dalam fase yang sama, meskipun pada waktu yang berbeda karena perbedaan jarak dari emitor. Dalam hal ini, sudut antara vektor kekuatan medan$$E dan sumbu masing-masing polarizer adalah sama untuk setiap permukaan gelombang. Oleh karena itu, gelombang satu foton berinteraksi dengan dua polarisasi secara merata. Ini menciptakan ilusi sepasang partikel yang terjerat dalam polarisasi. Dapat dikatakan bahwa penghitung foton dipicu dua kali melalui rata-rata$\mathbf E$

$$≈ 5 ns, sebagaimana seharusnya dengan radiasi cascade. Namun, waktu respons photomultiplier diperkirakan secara mendasar$\approx 5$$$~ 10 ns. Hanya satu foton yang dapat ditangkap selama waktu ini. Bahkan, itu adalah paket gelombang yang berpusat pada bola$\sim 10$$$$|{\mathbf r}|=ct$ . Jika ukuran paket $$Δ r ∼ 1 m, yang sesuai dengan pelebaran Doppler dari garis spektral$\Delta r\sim 1$$$∼ 10 - 3 ∘ A , maka waktu transit melalui photomultiplier memiliki urutan interval antara foton dari satu cascade. Di bawah kondisi eksperimen Aspe, perluasan seperti itu dimungkinkan. Jadi, sebelum pasangan photomultipliers dipicu pada foton pertama, yang kedua tidak dapat dideteksi, dan pada saat kedua perangkat siap untuk menerima foton kedua, paketnya telah berlalu. Rupanya, dalam banyak kasus, sepasang photomultipliers hanya menangkap satu dari dua foton dari setiap kaskade.$\sim 10^{-3} \buildrel _\circ \over {\mathrm{A}}$

Kami juga mencatat bahwa dalam keadaan yang sedang dipertimbangkan arah gerakan foton tidak ditentukan. Ini disebabkan oleh fakta bahwa dorongan dan momentumnya tidak berubah. Oleh karena itu, analogi dengan mekanika klasik, yang digunakan sebagai alasan keadaan terjerat sepasang foton, tidak sesuai dalam kasus ini. Selain itu, emisi foton disertai dengan gangguan. Setelah itu, atom tidak akan berada dalam keadaan dengan momen nol, tetapi dalam superposisi status eigen saat itu. Dengan demikian, undang-undang konservasi tidak menyiratkan keadaan sepasang foton dari satu kaskade formulir

$$

$$|\Psi\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(|R_1\rangle\otimes|R_2\rangle+|L_1\rangle\otimes|L_2\rangle\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(|x\rangle\otimes|x\rangle+|y\rangle\otimes|y\rangle\right)$$

$$$\sim 1$ m. Gagasan bahwa pasangan seperti itu dilahirkan bingung, bertentangan dengan akal sehat. Namun, yang terakhir berlaku untuk semua sihir kuantum.

Dengan demikian, hasil percobaan Aspe memiliki interpretasi yang tidak terkait dengan keterikatan EPR. Perkiraan yang lebih akurat diperlukan, tetapi sudah ada alasan untuk percaya bahwa dalam percobaan ini tidak ada gabungan, EPR - negara terjerat diamati. Ternyata, semua percobaan dengan yang disebut foton terjerat.

Pengertian tentang keadaan terjerat dari partikel yang saling menjauh sejak paradoks EPR dipopulerkan secara luas dan sudah dianggap sebagai bagian dari mekanika kuantum. Salah satu tujuan dari artikel ini adalah untuk menunjukkan bahwa tidak ada dasar di bawahnya. Gelembung sabun dalam ilustrasi melambangkan muka gelombang foton dengan momentum sudut tertentu, serta teori komputer kuantum berdasarkan keterikatan EPR.