Stan splątany — odmiana skorelowanego stanu kwantowego dwóch albo więcej cząstek albo innych układów kwantowych. Posiada on niemożliwą w fizyce klasycznej cechę polegającą na tym, że stan całego układu jest lepiej określony niż stan jego części.
Inaczej, ze splątaniem mamy do czynienia wtedy, kiedy funkcja falowa układu składającego się z dwóch podukładów nie da się zapisać w postaci iloczynu funkcji falowych każdego z podukładów.
Dla przykładu istnieje stan splątany polaryzacji dwóch fotonów, tzw. singlet, który ma taką właściwość, że jeżeli będziemy mierzyć polaryzacje obu fotonów, używając dwóch identycznie ustawionych, ale odległych od siebie polaryzatorów, to stale otrzymamy dwie przeciwne polaryzacje. Natomiast zmierzone polaryzacje każdego z fotonów z osobna są całkowicie przypadkowe. Zatem para fotonów w stanie singletowym ma precyzyjnie określoną własność wspólną (polaryzacje mierzone tak samo ustawionymi polaryzatorami są stale przeciwne), natomiast stan podukładu, czyli pojedynczego fotonu, jest całkowicie nieokreślony — wynik pomiaru polaryzacji pojedynczego fotonu jest całkowicie przypadkowy. Splątanie nie zanika wraz z odległością – tak przewiduje teoria kwantów.
Paradoks EPR
Pojęcie stanu splątanego prowadzi do tzw. paradoksu EPR. Jeśli dwie cząstki tworzące singlet oddalimy od siebie oraz zmierzymy spin jednej z nich, dostaniemy informację także o spinie tej drugiej. Gdyż stan każdej z nich przed pomiarem jest nieokreślony, a z mechaniki kwantowej nie wynika żadne opóźnienie, więc Einstein, Podolski oraz Rosen doszli do wniosku, że oznacza to natychmiastowe oddziaływanie z nieskończoną prędkością, co jest sprzeczne z teorią względności. Einstein nazwał to zjawisko "upiornym działaniem na odległość".
Okazało się, że to rozumowanie jest poprawne. Dowodzą tego nierówności Bella, oraz eksperymenty przeprowadzone na ich podstawie. W jednym z nich splątane fotony były przesyłane na odległość 18 km od siebie. Przy zmierzeniu stanu jednego fotonu dostawaliśmy natychmiastowo (z prędkością większą niż prędkość światła) informację o stanie fotonu oddalonego o 18 km.[1][2] Niestety nie da się tego wykorzystać do przesłania użytecznej informacji.
Splątanie nie wymaga też pojęcia "absolutnego czasu", który byłby potrzebny przy natychmiastowym oddziaływaniu, a który jest sprzeczny z teorią względności. Splątanie zachodzi bowiem także pomiędzy cząstkami oddalonymi w czasie[3] albo poruszającymi się względem siebie z dużą prędkością oraz ulega odpowiednim zmianom zgodnym z przekształceniami Lorentza[4].
Historia
Kolejne odkrycia doprowadziły do sformułowania teorii stanu splątanego:
Pojęcie splątania było wprowadzone przez jednego z twórców mechaniki kwantowej – Erwina Schröedingera w 1935 roku. Stany splątane posiadają szerokie zastosowanie w informatyce kwantowej (zwłaszcza kryptografia kwantowa oraz teleportacja kwantowa).
W latach 90. XX wieku eksperymentalnie udowodniono istnienie splątania pomiędzy fotonami odległymi od siebie o kilkanaście kilometrów (grupa Gisin'a, Genewa), potem zaobserwowano to zjawisko na odległości aż 144 km – doświadczenie przeprowadzone na wyspach La Palma oraz Teneryfa (Anton Zeilinger oraz współpracownicy).
W 2012 roku fizycy na raz splątali rekordowo dużą liczbę 8 fotonów[5].
Przypisy
Linki zewnętrzne
