Op het gebied van de kwantummechanica is kwantumverstrengeling een fenomeen waarbij twee of meer deeltjes zodanig met elkaar verbonden raken dat de toestand van het ene deeltje niet onafhankelijk van de toestand van de andere kan worden beschreven, zelfs niet wanneer deze over grote afstanden van elkaar zijn gescheiden. Dit fenomeen is onderwerp van intensief onderzoek geweest vanwege de implicaties ervan voor kwantumcomputers, cryptografie en fundamentele aspecten van de kwantumtheorie.
De vraag of kwantumverstrengeling kan worden veroorzaakt door lokale interacties is een fundamentele vraag op het gebied van de kwantuminformatietheorie. In de traditionele kwantummechanica wordt verstrengeling vaak gecreëerd door een proces waarbij twee of meer deeltjes op een zodanige manier met elkaar interacteren dat hun eigenschappen gecorreleerd raken. Dit kan gebeuren via een verscheidenheid aan mechanismen, zoals de emissie en absorptie van fotonen, of via interacties die worden gemedieerd door een gedeelde omgeving.
Een van de belangrijkste kenmerken van verstrengeling is dat deze kan blijven bestaan, zelfs als de verstrengelde deeltjes over grote afstanden van elkaar gescheiden zijn. Deze niet-lokale aard van verstrengeling maakt het zo’n krachtig hulpmiddel voor taken als kwantumteleportatie en superdichte codering. De vraag rijst echter of verstrengeling puur kan worden gecreëerd door lokale interacties, waarbij deeltjes alleen interactie hebben met hun directe omgeving.
In de context van kwantumverstrengeling wordt algemeen aangenomen dat verstrengeling niet kan worden veroorzaakt door puur lokale interacties. Dit staat bekend als de monogamie van verstrengeling, een principe dat stelt dat als twee deeltjes maximaal met elkaar verstrengeld zijn, ze niet met enig ander deeltje verstrengeld kunnen worden. Dit impliceert dat verstrengeling een hulpbron is die niet lokaal kan worden gecreëerd, maar waarvoor eerder niet-lokale interacties nodig zijn.
Om dit concept te illustreren, beschouwen we het geval van twee spin-1/2-deeltjes die zich aanvankelijk in een producttoestand bevinden. Als deze deeltjes alleen met elkaar interageren via lokale interacties, kunnen ze niet verstrengeld raken op een manier die de monogamie van verstrengeling schendt. Elke verstrengeling die in dit systeem ontstaat, moet over de twee deeltjes worden verdeeld en kan niet met enig ander extern deeltje worden gedeeld.
Hoewel lokale interacties kunnen leiden tot correlaties tussen deeltjes, zijn deze correlaties niet voldoende om het soort niet-lokale verstrengeling te creëren dat kenmerkend is voor de kwantummechanica. Verstrengeling is een subtielere vorm van correlatie die niet kan worden verklaard door klassieke noties van informatie-uitwisseling of communicatie. Het is een uniek kwantumfenomeen dat voortkomt uit het superpositieprincipe en de niet-commutativiteit van kwantumwaarneembare zaken.
Kwantumverstrengeling is een niet-lokaal fenomeen dat niet alleen door lokale interacties kan worden veroorzaakt. Het creëren van verstrengeling vereist doorgaans dat deeltjes op een manier met elkaar interacteren dat hun toestanden op een niet-lokale manier gecorreleerd raken. Deze eigenschap van verstrengeling heeft diepgaande gevolgen voor de verwerking van kwantuminformatie en vormt de basis van veel kwantumprotocollen en algoritmen.
Andere recente vragen en antwoorden over EITC/QI/QIF Quantum Informatie Fundamentals:
- Hoe werkt de kwantum-negatiepoort (kwantum NOT of Pauli-X-poort)?
- Waarom is de Hadamard-poort zelfomkeerbaar?
- Als je de eerste qubit van de Bell-status op een bepaalde basis meet en vervolgens de tweede qubit meet op een basis die over een bepaalde hoek theta is geroteerd, is de kans dat je een projectie op de overeenkomstige vector krijgt gelijk aan het kwadraat van de sinus van theta?
- Hoeveel bits klassieke informatie zouden nodig zijn om de toestand van een willekeurige qubit-superpositie te beschrijven?
- Hoeveel dimensies heeft een ruimte van 3 qubits?
- Zal de meting van een qubit zijn kwantumsuperpositie vernietigen?
- Kunnen kwantumpoorten meer inputs dan outputs hebben, net als klassieke poorten?
- Omvat de universele familie van kwantumpoorten de CNOT-poort en de Hadamard-poort?
- Wat is een dubbelspletenexperiment?
- Is het draaien van een polarisatiefilter gelijk aan het veranderen van de meetbasis voor fotonpolarisatie?
Bekijk meer vragen en antwoorden in EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals