Квантовая запутанность — это явление, при котором квантовые состояния двух или более частиц становятся взаимосвязанными так, что состояние одной из них не может быть описано независимо от состояния другой, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга. Эксперименты, направленные на проверку запутанности, основываются на нескольких ключевых аспектах, связанном с нарушением неравенств Белла и другими тестами.

Экспериментальная проверка запутанности

Создание запутанных пар частиц: Экспериментаторы создают пары запутанных частиц, таких как фотоны, электроны или атомы, используя различные методы, например, спонтанное параметрическое преобразование (SPDC) для фотонов.

Измерение свойств частиц: Для изучения запутанности необходимо провести измерения свойств частиц (например, поляризации для фотонов или спина для электронов). Измерения обычно проводятся на двух частицах из пары, и они могут осуществляться на различных расстояниях друг от друга.

Сравнение результатов измерений: После измерений исследователи сравнивают результаты. Если результаты измерений не могут быть объяснены классическими корреляциями, это может свидетельствовать о запутанности частиц.

Критерии подтверждения запутанности

Неравенства Белла: Наиболее известным методом проверки запутанности является тестирование неравенств Белла. Эти неравенства предполагают, что если частицы не запутаны, то статистическая корреляция их измерений должна следовать классическим предсказаниям. Нарушение неравенств Белла (например, с помощью неравенств CHSH) является сильным свидетельством запутанности.

Корреляции: В запутанных состояниях корреляции между измерениями частиц будут превышать те, которые предсказаны классической теорией. Для двух частиц A и B, если измерения показывают большое количество совпадений, которые не могут быть объяснены классическим образом, это указывает на их запутанность.

Критерии Лоджета: Запутанность может быть также подтверждена через критерии Лоджета, которые используют плотность матрицы для характеристики состояния системы. Если состояние является компактным и его детекторы показывают ненулевые значения для определенных комбинаций измеряемых операторов, это является признаком запутанности.

Критерии типа Уолша: Существуют различные математические критерии и формулы, которые позволяют точно определить наличие и степень запутанности в квантовых состояниях, описывающих более сложные системы.

Эти эксперименты показали, что запутанность является не только теоретическим предсказанием квантовой механики, но и эффектом, который можно наблюдать на практике, что имеет важные последствия для квантовой информации и квантовых технологий.