Kwantumverstrengeling - Corona Borealis | Zevenaar

Kwantumverstrengeling
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Kwantumverstrengeling is een fenomeen uit de kwantummechanica waarbij twee of meer natuurkundige
objecten zodanig verbonden zijn, dat het ene object niet meer volledig beschreven kan worden zonder het
andere specifiek te noemen - ook al zijn de beide objecten ruimtelijk gescheiden ('non lokaal'). Omdat
kwantummechanische deeltjes zich tegelijkertijd in meerdere meetbare toestanden kunnen bevinden, zolang er
nog niet gemeten wordt, betekent de verstrengeling dat er een correlatie zal zijn tussen metingen aan de
deeltjes. Dit doet denken aan de klassieke "gemeenschappelijke oorzaak"-correlatie die kan bestaan, met dit
verschil dat de verstrengeling bij kwantummechanische systemen kan gaan over een superpositie van
schijnbaar tegenstrijdige toestanden. Dit verband gaat dus verder dan in de klassieke natuurkunde mogelijk is.
Dit onderlinge verband leidt tot correlaties tussen waarneembare natuurkundige eigenschappen van ver van
elkaar verwijderde systemen. Zo stelt de kwantummechanica bijvoorbeeld dat kwantumtoestanden zoals de
spin - zeg maar de draairichting - onbepaald zijn tot het moment dat er een fysieke interventie is gedaan om de
spin van het object te meten. Het is even waarschijnlijk dat een object een opwaartse spin heeft als dat het een
neerwaartse spin heeft. Als van meerdere deeltjes wordt bepaald welke richting hun spin heeft, zal een
onvoorspelbare reeks metingen gedaan worden die neigt naar een evenwichtige verdeling tussen opwaartse en
neerwaartse spin.
Maar als dit experiment gedaan wordt met verstrengelde deeltjes, zijn de resultaten anders. Als de twee leden
van een verstrengeld paar worden gemeten, zal de een altijd een opwaartse spin hebben en de ander een
neerwaartse spin. De afstand tussen de twee deeltjes doet er daarbij niet toe. Om dit resultaat te verklaren zijn
er theoretici die stellen dat er verborgen variabelen kunnen zijn die staan voor de spin van elk deeltje, en dat
deze verborgen variabelen bepaald worden als het verstrengelde paar wordt gecreëerd. Het lijkt er daardoor op
dat de twee deeltjes met elkaar moeten kunnen communiceren op willekeurig welke afstand, omdat de
verborgen variabele die het ene deeltje beschrijft onmiddellijk kan omslaan als het andere wordt gemeten. Als
de verborgen variabelen op afstand geen informatie-uitwisseling meer met elkaar zouden hebben dan zou je
een ongelijkheid verwachten (de Stelling van Bell), die echter geschonden wordt zowel in de theorie van de
kwantummechanica als bij experimenten.
Als deeltjesparen gemaakt worden door het verval van andere deeltjes, natuurlijk of door een opgewekte
botsing, dan mogen die deeltjesparen "verstrengeld" genoemd worden, in zoverre dat zulke paren
noodzakelijkerwijs gekoppelde en tegenovergestelde eigenschappen zullen hebben, zoals de spin of de lading.
De aanname dat het de meting is die leidt tot de gemeten toestand gaat terug op de argumenten van, onder
andere, Schrödinger, Einstein, Podolsky, en Rosen (zie: EPR-paradox) inzake Heisenbergs
onzekerheidsprincipe en de relatie daarvan met observatie (zie ook de Kopenhaagse interpretatie). De analyse
van verstrengelde deeltjes door middel van de stelling van Bell kan de indruk wekken van non-lokaliteit (dat
wil zeggen, dat er een verbinding is tussen de leden van zo'n paar dat spot met zowel de klassieke als de
relativistische concepten van ruimte en tijd). Dit is aannemelijk als aangenomen wordt dat elk deeltje de plek
van creatie van het deeltjespaar verlaat in een ambigue staat (wat een mogelijke interpretatie is van
Heisenberg). In zo'n geval blijven beide mogelijke uitkomsten van de meting mogelijk; alleen door de meting
zelf zou een bepaalde waarde ontstaan.
Aan de andere kant, als elk deeltje de plaats van het ontstaan van het deeltjespaar zou verlaten met
eigenschappen die ondubbelzinnig gemeten zal kunnen worden dan zou het niet meer nodig zijn om te
postuleren dat er een directe uitwisseling van informatie is over ruimte en tijd.[1] De interpretatie van Bohm
stelt dat een gidsgolf bestaat die wat als individuele deeltjes wordt gezien, verbindt, zodanig dat de
veronderstelde verborgen variabelen in feite de deeltjes zelf zijn, die bestaan als een resultaat van de golf.
Observatie van de ineenstorting kan de indruk geven dat de metingen die op het ene systeem plaatsvinden het
andere verstrengelde systeem direct beïnvloeden, zelfs op grote afstand. Een andere interpretatie van dit
fenomeen is dat de kwantumverstrengeling niet noodzakelijkerwijs sneller informatie overbrengt dan de snelste
overdracht in de klassieke natuurkunde (de lichtsnelheid) omdat een klassiek communicatie-kanaal nodig is om
het proces af te maken.
Kwantumverstrengeling heeft toepassingen in de opkomende technologie van kwantumcomputer en
kwantumcryptografie, en is gebruikt om experimenteel kwantumteleportatie te bewerkstelligen[2].
Tegelijkertijd roept het meer en meer filosofische discussies op over kwantumtheorie. De voorspelde
correlaties van kwantummechanica, en wat is geobserveerd in experimenten, verwerpt het principe van
lokaliteit, die stelt dat informatie over de staat van een systeem alleen beïnvloed kan worden door interacties in
de onmiddellijke omgeving en dat de staat van een systeem bestaat en vast staat voor de meting. Verschillende
visies op wat er feitelijk plaatsvindt in het proces van kwantumverstrengeling hangt samen met verschillende
interpretaties van kwantummechanica. In de standaard interpretatie, de Kopenhaagse interpretatie, is
kwantummechanica noch "reëel" (aangezien metingen de eigenschappen van het systeem niet vaststellen maar
instellen) noch "lokaal" (omdat de statusvector
de simultane kansamplitudes voor alle posities omvat, b.v.
).
Inhoud
1 Achtergrond
2 Voetnoten
3 Referenties
4 Externe links
Achtergrond
De theorie van verstrengeling stond Albert Einstein en anderen niet aan. In 1935 formuleerden Einstein,
Podolsky en Rosen de EPR-paradox, een kwantummechanisch gedachte-experiment met een sterk tegenintuïtieve en schijnbaar niet-lokale uitkomst. Dit in antwoord op Niels Bohr die het idee aanhing dat
kwantummechanica als theorie compleet was. Einstein staat er om bekend dat hij verstrengeling afdeed als
"spukhafte Fernwirkung" zeg maar een griezelig/begeesterde werking op afstand. Hij geloofde dat toekomstige
wiskundigen zouden ontdekken dat kwantumverstrengeling niets meer of minder zou zijn dan een fout in hun
berekeningen. Zoals hij eens schreef: "Ik vind het een ontolereerbaar idee dat een elektron dat blootgesteld
wordt aan straling zou kiezen uit zijn eigen vrije wil, niet alleen het moment om (op een positie) te springen,
maar ook zijn richting. In dat geval zou ik liever timmerman zijn, of zelfs werken in een speelhal, dan een
natuurkundige."
Aan de andere kant is kwantummechanica geslaagd in het doen van goede voorspellingen van de uitkomst van
experimenten, en de sterke correlaties die voorspeld worden door de theorie van kwantumverstrengeling zijn
nu daadwerkelijk waargenomen. Een mogelijke manier om de gevonden correlaties te verklaren in
overeenstemming met de voorspellingen van kwantumverstrengeling is de benadering die bekendstaat als de
"local hidden variable theory", waarin onbekende, gedeelde lokale parameters de correlaties zouden
veroorzaken. Maar in 1964 leidde John Stewart Bell een bovengrens af die bekendstaat als de stelling van Bell
over de kracht van de correlaties voor alle theorieën die zich houden aan het principe van lokaliteit.
Kwantumverstrengeling kan leiden tot sterkere correlaties die deze bovengrens overschrijden, zodat in
experimenten de uitkomsten verschillend zouden zijn als de kwantumverstrengeling klopt dan als één van de
lokale verborgen-variabelen theorieën juist is. De resultaten van verschillende experimenten ondersteunen op
overweldigende wijze de kwantummechanica. Toch zijn er mogelijk gaten in de Bell experimenten waarmee de
validiteit van deze experimenten staat of valt. Om dat te bevestigen of ontkennen zijn nu experimenten in gang
gezet. Meer daarover in het Engelstalige artikel over de experimental tests of Bell's inequality.
Observaties betreffende verstrengelde staten lijken in strijd te zijn met de eigenschap van de relativiteitstheorie
dat informatie niet sneller kan reizen dan de lichtsnelheid. Hoewel twee verstrengelde systemen elkaar lijken te
beïnvloeden over grote afstand in de ruimte, is de huidige opinie dat geen bruikbare informatie op deze wijze
overgebracht kan worden, wat betekent dat de 'oorzakelijke natuurkunde' niet geschonden wordt door
verstrengeling. Dit is de geen-communicatie-stelling ("no-communication theorema").
Zelfs als informatie niet verzonden kan worden door verstrengeling alleen, wordt aangenomen dat het mogelijk
is om informatie over te brengen door een set van verstrengelde staten te gebruiken in combinatie met een
klassiek informatiekanaal. Dit proces staat bekend als kwantumteleportatie. Ondanks de naam staat
kwantumteleportatie mogelijk nog niet toe dat informatie sneller dan de lichtsnelheid verzonden wordt, omdat
er een klassiek communicatiekanaal voor nodig is.
Er wordt ook gewerkt aan experimenten om te zien of verstrengeling het resultaat is van retrocausaliteit.[3][4]
Voetnoten
1. An Intuitive Paradigm for Quantum Mechanics (http://www.nonloco-physics.0catch.com/). Physics Essays 5 (2) 226234 (1992)
2. Dik Bouwmeester, Jian-Wei Pan, Klaus Mattle, Manfred Eibl, Harald Weinfurter & Anton Zeilinger, Experimental
Quantum Teleportation, Nature vol.390, 11 Dec 1997, pp.575.
3. P A U L S O N , T O M (2006-11-15). Going for a blast in the real past. Seattle Post-Intelligencer . Geraadpleegd op 2006-1219.
4. Boyle, Alan. Time-travel physics seems stranger than fiction (http://www.msnbc.msn.com/id/15817394/). MSNBC
(2006-11-21) Geraadpleegd op 2006-12-19
Referenties
M. Horodecki, P. Horodecki, R. Horodecki, "Separability of Mixed States: Necessary and Sufficient
Conditions", Physics Letters A 210, 1996.
L. Gurvits, "Classical deterministic complexity of Edmonds' Problem and quantum entanglement",
Proceedings of the thirty-fifth annual ACM symposium on Theory of computing, 2003.
I. Bengtsson and K. Zyczkowski, "Geometry of Quantum States. An Introduction to Quantum
Entanglement", Cambridge University Press, Cambridge, 2006.
E. G. Steward, "Quantum Mechanics: Its Early Development and the Road to Entanglement", World
Scientific Publishing, 2008.
Externe links
Quantum mechanics the way I see it van dr W. M. de Muynck
(http://www.phys.tue.nl/ktn/Wim/muynck.htm)
Kennislink: Teleportatie uit de sci-fi hoek (http://www.kennislink.nl/web/show?id=83751)
De Standaard Online: Kwantumverstrengeling in het groot
(http://www.standaard.be/Archief/Artikel/index20031212DSW12122003_014.aspx)
Overgenomen van "http://nl.wikipedia.org/w/index.php?title=Kwantumverstrengeling&oldid=39865679"
Categorie: Kwantummechanica
Deze pagina is het laatst bewerkt op 20 dec 2013 om 23:01.
De tekst is beschikbaar onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen, er kunnen
aanvullende voorwaarden van toepassing zijn. Zie de gebruiksvoorwaarden voor meer informatie.
Wikipedia® is een geregistreerd handelsmerk van de Wikimedia Foundation, Inc., een organisatie zonder
winstoogmerk.