Могут ли запутанные частицы общаться быстрее скорости света?

Запутанность, возможно, является одним из самых непонятных аспектов квантовой механики. На первый взгляд, запутанность позволяет частицам мгновенно сообщаться на огромных расстояниях, по-видимому, нарушая скорость света. Но хотя запутанные частицы связаны, они не обязательно обмениваются информацией между собой.

В квантовой механике частица на самом деле не является частицей. Вместо того, чтобы быть твердой, плотной точкой, частица на самом деле является облаком нечетких вероятностей, причем эти вероятности описывают, где мы можем найти частицу, когда мы действительно отправимся ее искать. Но пока мы фактически не выполним измерение, мы не можем точно знать все, что мы хотели бы знать о частице.

Эти нечеткие вероятности известны как квантовые состояния. В определенных обстоятельствах мы можем соединить две частицы квантовым образом, так что одно математическое уравнение одновременно описывает оба набора вероятностей. Когда это происходит, мы говорим, что частицы запутаны.

Когда частицы разделяют квантовое состояние, то измерение свойств одной из них может предоставить нам автоматическое знание состояния другой. Например, давайте рассмотрим случай квантового спина, свойства субатомных частиц. Для частиц, таких как электроны, спин может находиться в одном из двух состояний, либо вверх, либо вниз. Как только мы запутываем два электрона, их спины коррелируют. Мы можем подготовить запутывание определенным образом, так что спины всегда будут противоположны друг другу.

Если мы измерим первую частицу, мы можем случайно обнаружить спин, направленный вверх. Что это говорит нам о второй частице? Поскольку мы тщательно организовали наше запутанное квантовое состояние, мы теперь знаем со 100% абсолютной уверенностью, что вторая частица должна быть направлена ​​вниз. Ее квантовое состояние было запутано с первой частицей, и как только одно открытие сделано, оба открытия сделаны.

Но что, если вторая частица находится на другой стороне комнаты? Или на другом конце галактики? Согласно квантовой теории, как только сделан один «выбор», частица-партнер мгновенно «знает», какой спин ей нужен. Похоже, что связь может быть достигнута быстрее скорости света.

Разрешение этого кажущегося парадокса достигается путем тщательного изучения того, что происходит и когда, и, что еще важнее, кто знает, что и когда.

Допустим, я тот, кто проводит измерение частицы A, а вы тот, кто отвечает за частицу B. Как только я проведу свое измерение, я точно знаю, какой спин должна иметь ваша частица. Но вы этого не знаете! Вы узнаете это только после того, как проведете собственное измерение, или после того, как я вам скажу. Но в любом случае ничто не передается быстрее света. Либо вы проводите собственное локальное измерение, либо ждете моего сигнала.

Пока две частицы связаны, никто ничего не узнает заранее. Я знаю, что делает ваша частица, но я могу сообщить вам об этом только со скоростью, меньшей скорости света, или вы просто догадываетесь об этом сами.

Итак, хотя процесс запутывания происходит мгновенно, его раскрытие — нет. Нам приходится использовать старые добрые методы связи без сверхсветовой скорости, чтобы собрать воедино корреляции, которые требует квантовая запутанность.