في ميكانيكا الكم، التشابك هو ظاهرة حيث يصبح جسيمان أو أكثر متصلين بطريقة بحيث لا يمكن وصف حالة أحد الجسيمات بشكل مستقل عن حالة الجسيمات الأخرى، حتى عندما تكون مفصولة بمسافات كبيرة. وقد حظيت هذه الظاهرة باهتمام كبير بسبب طبيعتها غير الكلاسيكية وتطبيقاتها في معالجة المعلومات الكمومية.
عندما نتحدث عن حالات الكم التي يتم فصلها في تراكباتها فيما يتعلق بمنتج الموتر، فإننا نناقش بشكل أساسي ما إذا كان من الممكن فصل الجسيمات ووصف حالاتها بشكل فردي، بشكل مستقل عن بعضها البعض. لفهم هذا المفهوم، نحن بحاجة إلى الخوض في الإطار الرياضي لميكانيكا الكم وشكليات المنتج الموتر.
في ميكانيكا الكم، يتم وصف حالة النظام بواسطة ناقل معقد في فضاء هيلبرت. عندما يتشابك نظامان، يتم وصف حالتهما المشتركة بواسطة ناقل واحد في فضاء هيلبرت المركب الذي يتم الحصول عليه عن طريق أخذ المنتج الموتر لمساحات هيلبرت الفردية للنظامين. رياضياً، إذا كان لدينا نظامان A وB مع الحالات |ψ⟩ و |φ⟩ على التوالي، فإن الحالة المشتركة غير المتشابكة للنظام المركب تعطى بواسطة |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
النقطة الأساسية التي يجب ملاحظتها هنا هي أن الحالة المتشابكة |Ψ⟩ لا يمكن تحليلها إلى حالات فردية للنظامين A وB. وهذا يعني أن خصائص الأنظمة الفردية ليست محددة بشكل جيد بشكل مستقل عن بعضها البعض. تظهر الحالة المتشابكة ارتباطات أقوى من أي ارتباطات كلاسيكية ولا يمكن تفسيرها من خلال نظريات المتغير المخفية المحلية.
الآن، بالعودة إلى مسألة فصل الحالات المتشابكة في تراكباتها باستخدام منتج الموتر، من المهم أن نفهم أن الحالة المتشابكة نفسها هي تراكب لحالات مختلفة من الأنظمة الفردية. عندما نجري قياسات على أحد الجسيمات المتشابكة، فإن حالة الجسيم الآخر تنهار على الفور إلى حالة محددة، حتى لو كان الجسيمان متباعدين. يُعرف هذا الانهيار اللحظي باللامكانية الكمومية، وهو السمة المميزة للتشابك.
لذلك، في سياق شكلية المنتج الموتر، لا يمكن فصل الحالات المتشابكة إلى تراكبات فردية للأنظمة المكونة. ويستمر التشابك حتى عندما يتم فصل الجسيمات المتشابكة، ويؤثر قياس أحد الجسيمين على حالة الجسيم الآخر بشكل فوري. يعد هذا الارتباط غير المحلي جانبًا أساسيًا من التشابك ويميزه عن الارتباطات الكلاسيكية.
لتوضيح هذا المفهوم، خذ بعين الاعتبار المثال الشهير لمفارقة EPR (آينشتاين-بودولسكي-روزين)، حيث يتم تحضير جسيمين متشابكين في حالة بحيث تكون دوراتهما مترابطة. عندما يتم قياس دوران أحد الجسيمات في اتجاه معين، يتم تحديد دوران الجسيم الآخر بشكل فوري، بغض النظر عن المسافة بينهما. يتحدى هذا الارتباط اللحظي الحدس الكلاسيكي ويسلط الضوء على الطبيعة غير المحلية للتشابك.
لا يمكن فصل حالات التشابك الكمي في تراكباتها فيما يتعلق بمنتج الموتر. الحالة المتشابكة للنظام المركب هي حالة غير قابلة للتحليل تظهر ارتباطات غير محلية بين الجسيمات المتشابكة. يعد هذا الارتباط غير المحلي سمة أساسية للتشابك ويلعب دورًا حاسمًا في مختلف مهام معالجة المعلومات الكمومية.
أسئلة وأجوبة أخرى حديثة بخصوص أساسيات المعلومات الكمية EITC/QI/QIF:
- كيف تعمل بوابة النفي الكمومي (بوابة NOT الكمومية أو بوابة Pauli-X)؟
- لماذا بوابة Hadamard قابلة للانعكاس ذاتيًا؟
- إذا قمت بقياس الكيوبت الأول لحالة بيل على أساس معين ثم قمت بقياس الكيوبت الثاني على أساس يدور بزاوية ثيتا معينة، فإن احتمال حصولك على إسقاط للمتجه المقابل يساوي مربع جيب ثيتا؟
- ما عدد البتات من المعلومات الكلاسيكية المطلوبة لوصف حالة تراكب الكيوبت الاعتباطي؟
- كم عدد الأبعاد التي تبلغ مساحتها 3 كيوبت؟
- هل سيؤدي قياس الكيوبت إلى تدمير تراكبه الكمومي؟
- هل يمكن للبوابات الكمومية أن تحتوي على مدخلات أكثر من المخرجات بشكل مشابه للبوابات الكلاسيكية؟
- هل تشمل العائلة العالمية للبوابات الكمومية بوابة CNOT وبوابة Hadamard؟
- ما هي تجربة الشق المزدوج؟
- هل تدوير مرشح الاستقطاب يعادل تغيير أساس قياس استقطاب الفوتون؟
عرض المزيد من الأسئلة والأجوبة في أساسيات المعلومات الكمية EITC/QI/QIF
المزيد من الأسئلة والأجوبة:
- حقل: معلومات الكم
- برنامج: أساسيات المعلومات الكمية EITC/QI/QIF (انتقل إلى برنامج الشهادة)
- درس: تشابك الكم (انتقل إلى الدرس ذي الصلة)
- الموضوع: تشابك (انتقل إلى الموضوع ذي الصلة)