양자 얽힘

Quantum entanglement
자발적인 매개 변수 하향 변환 과정은 광자를 상호 수직 편광을 갖는 유형 II 광자 쌍으로 분할할 수 있습니다.

양자 얽힘입자 그룹이 생성되거나 상호 작용하거나 공간적 근접성을 공유할 때 발생하는 현상으로 입자가 멀리 떨어져 있을 때를 포함하여 그룹의 각 입자의 양자 상태를 다른 입자의 상태와 독립적으로 설명할 수 없습니다.양자 얽힘의 주제는 고전물리학과 양자물리학의 차이의 핵심입니다. 얽힘은 고전역학에는 존재하지 않는 양자역학의 주요 특징입니다.[1]

엉킨 입자에 대해 수행된 위치, 운동량, 스핀편광과 같은 물리적 특성측정은 경우에 따라 완벽하게 상관 관계가 있음을 알 수 있습니다.예를 들어, 한 쌍의 얽힌 입자가 생성되어 총 스핀이 0이라고 알려져 있고, 한 입자가 첫 번째 축에서 시계 방향으로 스핀하는 것이 발견되면, 같은 축에서 측정된 다른 입자의 스핀은 반시계 방향으로 발견됩니다.그러나 이러한 행동은 겉보기에는 역설적인 효과를 발생시킵니다. 입자의 특성을 측정하면 해당 입자의 명백하고 비가역적인 파동함수 붕괴가 발생하고 원래의 양자 상태를 바꿉니다.엉킨 입자의 경우, 그러한 측정은 엉킨 시스템 전체에 영향을 미칩니다.

그러한 현상들은 1935년 알베르트 아인슈타인, 보리스 포돌스키, 네이선 로젠의 [2]논문과 얼마 지나지 않아 EPR 역설로 알려진 것을 기술한 에르빈 [3][4]슈뢰딩거의 논문의 주제였습니다.아인슈타인과 다른 사람들은 그러한 행동이 인과관계에 대한 지역 현실주의적 관점(아인슈타인은 그것을 "멀리서의 은밀한 행동"[5]이라고 언급함)을 위반하고 양자역학의 수용된 공식화가 불완전해야 한다고 주장했기 때문에 불가능하다고 생각했습니다.

그러나 나중에 양자역학의 반직관적 예측은 서로 다른 위치에서 얽힌 입자의 분극이나 스핀을 측정하여 벨의 부등식을 통계적으로 위반하는 시험에서 검증되었습니다[6][7][8].이전의 테스트에서는 한 지점의 결과가 원격 지점으로 미묘하게 전송되어 두 번째 위치의 결과에 영향을 줄 수도 있다는 점을 배제할 수 없었습니다.[8]그러나 그 이후로 소위 "루프홀 없는" 벨 테스트가 수행되었으며, 위치가 충분히 분리되어 빛의 속도로 통신하는 데에는 측정 간격보다 10,000배나 더 오래 걸렸습니다.[7][6]

양자역학에 대한 일부 해석에 따르면, 한 측정의 효과는 즉각적으로 발생합니다.파동함수를 인식하지 못하는 다른 해석들은 "효과"가 전혀 존재하지 않는다고 반박합니다.그러나 모든 해석은 얽힘이 측정 간의 상관 관계를 생성하고, 얽힌 입자 간의 상호 정보를 이용할 수 있지만 광속보다 빠른 속도로 정보를 전송하는 것은 불가능하다는 데 동의합니다.[9][10]

양자 얽힘은 광자,[11][12] 전자,[13][14] 그리고 심지어 작은 다이아몬드로 실험적으로 증명되었습니다.[15]통신, 계산양자 레이더에서 얽힘을 사용하는 것은 활발한 연구 개발 분야입니다.

일반적인 생각과 반대로 양자 얽힘은 빛보다 빠른 통신에 사용될 수 없습니다.[16]

역사

아인슈타인-포돌스키-로젠(EPR) 역설 논문에 관한 기사 제목은 뉴욕타임즈 1935년 5월 4일자입니다.

1935년 알베르트 아인슈타인, 보리스 포돌스키, 네이선 로젠은 양자역학이 특정한 방식으로 함께 준비된 물체의 쌍에 대한 반직관적 예측에 대한 논문을 발표했습니다.[2]이 연구에서 세 사람은 아인슈타인-포돌스키-로젠 역설(EPR 역설)을 공식화했는데, 이는 "파동 함수가 제공하는 물리적 현실에 대한 양자역학적 설명이 완전하지 않다"[2]는 것을 보여주려고 시도한 사고 실험입니다.그러나 세 과학자들은 얽힘이라는 단어를 만들어내지도 않았고, 그들이 고려한 양자 상태의 특수한 특성을 일반화하지도 않았습니다.EPR 논문에 이어, 에르빈 슈뢰딩거독일어로 아인슈타인에게 편지를 써서 "EPR 실험에서처럼 상호작용하고 분리되는 두 입자 사이의 상관관계를 설명하기 위해" 베르슈렝꿍(Verschränkung)이라는 단어를 사용했습니다.[17]

그 직후 슈뢰딩거는 "인접"의 개념을 정의하고 논의하는 중요한 논문을 발표했습니다.논문에서, 그는 그 개념의 중요성을 인식했고 다음과 같이 진술했습니다:[3] "저는 [결박]을 하나라고 부르지 않고 양자역학의 특징적인 특성, 고전적인 사고방식으로부터의 전체적인 이탈을 강요합니다." 아인슈타인처럼, 슈뢰딩거는 얽힘의 개념에 불만족했습니다.상대성 이론에 함축된 정보 전송의 속도 제한을 위반하는 것처럼 보였기 때문입니다.[18]아인슈타인은 나중에 얽힘을 "스푸크하프트 펀위르컹"[19] 또는 "멀리 떨어진 곳에서의 스푸크 액션"으로 조롱했습니다.

EPR 논문은 물리학자들 사이에서 상당한 관심을 불러일으켰고, 특히 양자역학의 기초와 봄의 해석에 대한 많은 논의를 불러일으켰지만, 다른 출판물은 상대적으로 적게 생산했습니다.관심에도 불구하고, EPR 주장의 약점은 1964년 존 스튜어트 벨이 EPR이 희망하는 숨겨진 변수 해석의 종류에 적용되는 국소성의 원리가 양자 이론의 예측과 수학적으로 일치하지 않는다는 것을 증명할 때까지 발견되지 않았습니다.

구체적으로, 벨은 벨의 부등식에서 볼 수 있는 한계를 보여주었고, 어떤 이론에서도 국소적 현실주의를 따르는 상관 관계의 강도에 대해 양자 이론이 특정한 얽힌 계에 대해 이 한계의 위반을 예측한다는 것을 보여주었습니다.[20]그의 부등식은 실험적으로 검증 가능하며, 1972년[21] 스튜어트 프리드먼과 존 클라우저의 선구적인 연구와 1982년 알랭 아스페의 실험을 시작으로 수많은 관련 실험이 있었습니다.[22]

초기의 실험적 돌파구는 이미 1967년에 칼슘 원자에서 연속적으로 방출된 두 개의 광자가 얽힌 것으로 보이는 장치를 제시한 [11][12]칼 코처에 의한 것이었습니다. 즉, 얽힌 가시광선의 첫 번째 경우입니다.두 광자는 고전적으로 예측된 것보다 높은 확률로 직경 방향으로 배치된 평행 편광기를 통과했지만 양자 역학 계산과 정량적으로 일치하는 상관 관계를 보였습니다.그는 또한 편광자 설정[12] 사이의 각도의 코사인 제곱에 따라 상관관계가 달라지고 방출된 광자 사이의 시차에 따라 기하급수적으로 감소한다는 것을 보여주었습니다.[23]프리드먼과 클라우저는 코사인 제곱 의존성을 확인하고 고정각 집합에 대한 벨의 부등식 위반을 증명하는 데 사용할 수 있는 더 나은 편광기를 장착한 코허의 장치를 사용했습니다.[21]이 모든 실험은 국소적 사실성의 원리보다는 양자역학과 일치하는 것을 보여주었습니다.

수십 년 동안, 각각은 결과의 타당성에 의문을 제기할 수 있는 최소한 하나의 허점을 열어두었습니다.그러나 2015년에는 탐지 및 지역성 허점을 동시에 차단하는 실험이 수행되었으며, "구멍 없는" 실험으로 예고되었습니다. 이 실험은 많은 종류의 지역 현실 이론을 확실하게 배제했습니다.[24]아스페는 "... 어떤 실험도... 완전히 허점이 없다고 말할 수는 없다"고 썼지만, 그는 이 실험이 "우리가 포기해야 한다는 마지막 의심을 제거한다"고 말하고, 여전히 허점이 남아있는 예들을 "극도로" "물리학의 일반적인 추론 방식에 이질적"[25]이라고 언급했습니다.

벨의 연구는 이러한 초강력 상관관계를 의사소통을 위한 자원으로 사용할 수 있는 가능성을 제기했습니다.1984년에 양자 분배 프로토콜을 발견하게 되었는데, 가장 유명한 것은 찰스 H. 베넷길레스 브라사드[26] BB84아르투르 에커트의 E91입니다.[27]BB84는 얽힘을 사용하지 않지만, 에커트의 프로토콜은 벨의 부등식 위반을 보안의 증거로 사용합니다.

2022년 노벨 물리학상은 "포톤이 얽힌 실험, 벨 부등식의 위반을 확립하고 양자 정보 과학을 개척한 공로"로 아스페, 클라우저, 안톤 자일링거에게 수여되었습니다.[28]

개념.

얽힘의 의미

얽힌 계는 양자 상태가 국소 구성 요소의 상태의 곱으로 고려될 수 없는 것으로 정의됩니다. 즉, 그들은 개별 입자가 아니라 분리할 수 없는 전체입니다.얽힘에서 한 구성 요소는 다른 구성 요소를 고려하지 않고는 완전히 설명할 수 없습니다.복합 시스템의 상태는 항상 지역 구성 요소 상태의 곱의 합 또는 중첩으로 표현할 수 있습니다. 이 합을 단일 곱 항으로 쓸 수 없는 경우에는 얽힙니다.

양자계는 다양한 유형의 상호작용을 통해 얽힐 수 있습니다.실험 목적으로 얽힘을 달성할 수 있는 몇 가지 방법에 대해서는 아래의 방법 섹션을 참조하십시오.얽히고설킨 입자들이 환경과의 상호작용을 통해 부식될 때, 예를 들어 측정이 이루어질 때 얽힘이 깨집니다.[29]

얽힘의 예: 아원자 입자는 다른 입자의 얽힌 쌍으로 붕괴됩니다.붕괴 사건은 다양한 보존 법칙을 따르며, 결과적으로 한 딸 입자의 측정 결과는 다른 딸 입자의 측정 결과와 매우 높은 상관 관계가 있어야 합니다(따라서 총 운동량, 각 운동량, 에너지 등은 이 과정 전후에 거의 동일하게 유지됩니다).예를 들어, 스핀제로 입자는 스핀-1/2 입자 한 쌍으로 붕괴될 수 있습니다.붕괴 전후의 총 스핀은 0이어야 하므로(각운동량 보존), 첫 번째 입자가 어떤 축에서 위로 회전한다고 측정될 때마다 다른 입자는 같은 축에서 측정될 때 항상 아래로 회전하는 것으로 나타납니다. (이것을 스핀 반상관 사례라고 하며, 만약 각 스핀을 측정할 이전의 확률이 다음과 같다면)같음, 쌍은 싱글릿 상태라고 합니다.)

위의 결과는 놀라운 것으로 인식될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.고전적인 계는 같은 성질을 나타낼 것이고, 고전역학과 양자역학 모두에서 각운동량의 보존에 근거하여 숨겨진 변수 이론이 필요할 것입니다.차이점은 고전적인 계는 모든 관측 가능한 것들에 대해 항상 명확한 값을 가지고 있는 반면, 양자계는 그렇지 않다는 것입니다.아래에서 논의될 의미에서, 여기서 고려되는 양자계는 첫 번째 입자를 측정할 때 다른 입자의 어떤 축을 따라 스핀을 측정한 결과에 대한 확률 분포를 얻는 것으로 보입니다.이 확률 분포는 일반적으로 첫 번째 입자를 측정하지 않은 경우와 다릅니다.이것은 공간적으로 분리된 엉킨 입자의 경우에 확실히 놀라운 것으로 인식될 수 있습니다.

역설

역설적인 것은 둘 중 하나의 입자에 대한 측정이 전체 얽힌 계의 상태를 붕괴시키고, 순간적으로 그렇게 한다는 것입니다.측정 결과에 대한 정보가 다른 입자(assuming를 들어 정보가 빛보다 빠르게 이동할 수 없음)에 전달되기 전에, 그리고 따라서 얽힌 쌍의 다른 부분의 측정의 "적절한" 결과를 보장할 수 있었습니다.코펜하겐 해석에서, 입자 중 하나에 대한 스핀 측정의 결과는 각 입자가 측정 축을 따라 일정한 스핀(위 또는 아래)을 갖는 상태로 붕괴(파동 함수)됩니다.각 확률은 50%의 확률을 가지며, 결과는 무작위로 결정됩니다.그러나 두 스핀이 동일한 축을 따라 측정되면 반상관관계에 있는 것으로 확인됩니다.이것은 한 입자에 대해 이루어진 측정의 무작위 결과가 다른 입자로 전달된 것처럼 보인다는 것을 의미하며, 따라서 입자가 측정될 때 "올바른 선택"을 할 수 있습니다.[30]

두 측정 사이의 간격을 공간처럼 만들 수 있도록 측정 거리와 타이밍을 선택할 수 있습니다. 따라서 이벤트를 연결하는 인과 효과는 빛보다 더 빠르게 이동해야 합니다.특수 상대성의 원칙에 따르면, 어떤 정보도 두 측정 사건 사이를 이동하는 것은 불가능합니다.어떤 측정값이 먼저 나왔는지조차 말할 수 없습니다.분리된 두 개의 사건 x와 x1 대해2 x1 첫 번째인 관성 프레임과 x2 첫 번째인 관성 프레임이 있습니다.따라서 두 측정치 사이의 상관 관계를 다른 측정치를 결정하는 것으로 설명할 수 없습니다. 관측자가 서로 다른 경우 원인과 결과의 역할에 대해 서로 의견이 다를 수 있습니다.

(사실 비슷한 역설은 얽히지 않아도 발생할 수 있습니다: 단일 입자의 위치는 공간에 퍼져 있고, 두 개의 다른 장소에서 입자를 탐지하려는 두 개의 광범위하게 분리된 탐지기는 즉시 적절한 상관 관계를 얻어 둘 다 입자를 탐지하지 못합니다.)

은닉변수론

역설에 대한 가능한 해결책은 양자 이론이 불완전하고 측정 결과가 미리 결정된 "숨겨진 변수"에 의존한다고 가정하는 것입니다.[31]측정 중인 입자의 상태에는 몇 가지 숨겨진 변수가 포함되어 있는데, 이 값은 분리 순간부터 스핀 측정의 결과가 어떻게 되는지 효과적으로 결정합니다.이는 각 입자가 필요한 모든 정보를 가지고 다닌다는 것을 의미하며, 측정 시 한 입자에서 다른 입자로 전송될 필요는 없습니다.아인슈타인과 다른 사람들은 원래 이것이 역설에서 벗어나는 유일한 방법이라고 믿었고, 수용된 양자역학적 설명(임의 측정 결과 포함)은 불완전해야 합니다.

벨의 부등식 위반

그러나 서로 다른 축을 따라 얽힌 입자의 스핀 측정을 고려할 때 국소 숨은 변수 이론은 실패합니다.그러한 측정의 많은 쌍이 (많은 수의 얽힌 입자 쌍에서) 이루어진다면, 통계적으로 지역 현실주의 또는 숨겨진 변수 관점이 정확하다면 결과는 항상 벨의 부등식을 만족시킬 것입니다.실제로 벨의 부등식이 만족되지 않는다는 것을 보여주는 실험이 많이 있습니다.하지만, 2015년 이전에는, 이 모든 것들이 물리학자 공동체에 의해 가장 중요하게 여겨지는 허점 문제들을 가지고 있었습니다.[32][33]얽힌 입자의 측정이 (자체의 상대론적 시간 프레임에서) 각 측정이 다른 측정보다 먼저 발생하는 상대론적 기준 프레임에서 이루어질 때, 측정 결과는 상관 관계를 유지합니다.[34][35]

서로 다른 축을 따라 스핀을 측정할 때 근본적인 문제는 이 측정값이 동시에 명확한 값을 가질 수 없다는 것입니다. 이 측정값의 최대 동시 정밀도가 불확실성 원리에 의해 제한된다는 점에서 양립할 수 없습니다.이는 임의의 정확도와 함께 임의의 수의 특성을 동시에 측정할 수 있는 고전 물리학에서 발견되는 것과는 반대입니다.호환 가능한 측정은 벨 부등식 위반 상관 관계를 보여줄 수 없으며,[36] 따라서 얽힘은 근본적으로 비고전적인 현상이라는 것이 수학적으로 입증되었습니다.

양자 얽힘을 증명하는 주목할 만한 실험 결과

아인슈타인의 으스스한 행동을 원거리에서 확인한 첫 번째 실험은 우젠슝과 동료 I에 의해 성공적으로 입증되었습니다.1949년 샤크노프, 1950년 새해 첫날 출간그 결과 한 쌍의 광자의 양자 상관관계가 구체적으로 증명되었습니다.[37]2012년과 2013년의 실험에서, 시간적으로 결코 공존하지 않았던 광자들 간의 편광 상관관계가 만들어졌습니다.[38][39]저자들은 초기 쌍의 광자 하나의 편광을 측정한 후 얽힌 광자 두 쌍 사이의 얽힘 스와핑을 통해 이 결과를 얻었으며, 양자 비국소성이 공간뿐만 아니라 시간에도 적용된다는 것을 증명한다고 주장했습니다.

2013년 세 번의 독립적인 실험에서 고전적으로 전달된 분리 가능한 양자 상태가 얽힌 상태를 운반하는 데 사용될 수 있음을 보여주었습니다.[40]최초의 허점 없는 벨 테스트는 델프트 공대의 로널드 핸슨(Ronald Hanson)이 2015년 실시해 벨 불평등 위반을 확인했습니다.[41]

2014년 8월 브라질 연구원 가브리엘라 바레토 레모스(Gabriela Barreto Lemos)와 연구팀은 광자를 이용해 물체의 사진을 찍을 수 있었지만, 물체와 상호 작용하지는 않았지만, 그러한 물체와 상호 작용하는 광자와 얽혔습니다.비엔나 대학의 Lemos는 이 새로운 양자 영상 기술이 생물학적 또는 의학적 영상학과 같은 분야에서 저조도 영상이 필수적인 응용 분야를 찾을 수 있을 것이라고 확신합니다.[42]

2016년부터 IBM과 마이크로소프트 등 다양한 회사들이 양자 얽힘을 포함한 양자역학 개념을 개발자들과 기술 애호가들이 자유롭게 실험할 수 있도록 양자 컴퓨터를 만들었습니다.[43]

양자 얽힘으로부터 시간의 출현

양자역학에서 시간의 개념이 사용되는 방식과 일반상대성이론에서 수행하는 역할 사이에는 근본적인 갈등이 존재합니다.표준 양자 이론에서 시간은 상태가 진화하는 독립적인 배경으로 작용하며 해밀턴 연산자는 시간을 통한 양자 상태의 무한소 번역의 생성자로 작용합니다.[44]대조적으로, 일반 상대성 이론은 시간을 물질과 직접적으로 관련이 있는 동적 변수로 취급하고 더욱이 해밀턴 제약이 사라져야 합니다.양자화된 일반 상대성 이론에서 계량 변수를 사용하는 해밀턴 제약의 양자 버전은 휠러-디윗 방정식으로 이어집니다.

여기서 ( 는 해밀턴 제약이고 ψ ⟩ 우주의 파동 함수를 나타냅니다.연산자 는 파동함수의 힐베르트 공간에 작용하지만, 비상대론적인 경우와 같은 힐베르트 공간은 아닙니다.이 해밀토니안은 슈뢰딩거 방정식 때문에 더 이상 계의 진화를 결정하지 않습니다. ψ ⟩ \ = part \이(가) 유효하지 않습니다이 속성은 무한함으로 알려져 있습니다.페이지 우터스 메커니즘 및 기타 후속 제안을 시작으로 완전한 양자 프레임워크에 시간을 통합하려는 다양한 시도가 이루어졌습니다.[45][46]진화하는 시스템과 기준 양자 시계 시스템 사이의 양자 상관 관계에서 발생하는 시간의 출현도 제안되었는데, 시스템-시간 얽힘의 개념은 시스템이 겪은 실제 구별 가능한 진화의 정량화로 소개됩니다.[47]

비상중력

AdS/CFT 대응에 근거하여, Mark Van Raamsdonk는 시공간의 경계에 얽혀 살고 있는 양자 자유도의 출현 현상으로 시공간이 발생한다고 제안했습니다.[51]유도 중력은 얽힘 제1법칙에서 나올 수 있습니다.[52][53]

비국소성 및 얽힘

미디어와 대중 과학에서 양자 비국소성은 종종 얽힘과 동등한 것으로 묘사됩니다.이것은 순수한 이분 양자 상태의 경우에도 사실이지만, 일반적으로 얽힘은 비국소 상관 관계에만 필요하지만, 그러한 상관 관계를 생성하지 않는 혼합된 얽힘 상태가 존재합니다.[54]잘 알려진 예로는 p 의 특정 값에 대해 얽혀 있지만 항상 로컬은닉 변수를 사용하여 설명할 수 있는 베르너 상태가 있습니다.[55]또한 임의의 수의 입자에 대해서는 정말로 얽혀 있지만 국소 모델을 인정하는 상태가 존재하는 것으로 나타났습니다.[56]

로컬 모델의 존재에 대한 언급된 증거는 한 번에 사용할 수 있는 양자 상태의 복사본이 하나뿐이라고 가정합니다.입자가 그러한 상태의 많은 복사본에 대해 로컬 측정을 수행하도록 허용된 경우, 많은 명백한 로컬 상태(예: 큐비트 베르너 상태)는 더 이상 로컬 모델로 설명할 수 없습니다.이는 특히 모든 증류 가능 상태에 적용됩니다.그러나 충분히 많은 복사본을 고려할 때 모든 엉킨 상태가 비국소 상태가 되는지 여부는 여전히 열려 있습니다.[57]

간단히 말해서, 두 입자가 공유하는 상태의 얽힘은 필요하지만, 그 상태가 비국소적이기에는 충분하지 않습니다.얽힘은 더 일반적으로 대수적 개념으로 간주되며, 양자 순간 이동과 초밀도 부호화뿐만 아니라 비국소성의 전제 조건으로 주목받고 있음을 인식하는 것이 중요합니다.반면에 비 locality은 실험 통계에 따라 정의되고 양자 역학의 기초와 해석에 훨씬 더 많이 관여합니다.

양자역학 프레임워크

다음 서브섹션은 기사에서 개발된 형식주의 및 이론적 프레임워크에 대한 친숙함을 포함하여 양자역학의 형식적, 수학적 설명에 대한 좋은 작업 지식을 가진 사람들을 위한 것입니다: 브라켓 표기법양자역학의 수학적 공식화.

순국

각각의 힐베르트 공간 HA HB 가진 두 임의의 양자계 AB를 생각해보세요.복합 시스템의 힐베르트 공간은 텐서곱입니다.

첫 번째 시스템이 상태 ψ ⟩ 이고 두 번째 ϕ ⟩ B 인 경우 복합 시스템의 상태는

이 형태로 나타낼 수 있는 복합 시스템의 상태를 분리 가능 상태, 또는 제품 상태라고 합니다.

모든 상태가 분리 가능한 상태는 아닙니다(따라서 제품 상태).H기저{ H의 기저{ 를 수정합니다.H ⊗에서 가장 일반적인 상태는 다음과 같습니다.

= A B \ _}=\ _ i j _

= B {\j}^{ 벡터가있는 경우 분리할 수 있습니다에서 }\ _ B }\입니다.임의의 [A [B {\i}^{j}^{ , B {\},j}^{개의 i j 분리할 .국가가 불가분의 관계에 있다면 이를 '엉킨 상태'라고 부릅니다.

예를 들어, H의 두 기저벡터 { {\_{_{H의 두 기저벡터 { {\\{ _ _가 주어지면, 다음은 엉킨 상태입니다.

복합 시스템이 이 상태에 있으면 시스템 A나 시스템 B를 확실한 순수 상태로 귀속시키는 것은 불가능합니다.이것을 말하는 또 다른 방법은 전체 상태의 폰 노이만 엔트로피가 0인 반면, 서브시스템의 엔트로피는 0보다 크다는 것입니다.이런 의미에서 시스템은 "엉켜 있다"고 할 수 있습니다.이것은 간섭계에 대한 구체적인 경험적 함의를 가지고 있습니다.[59]위의 예는 (최대로) 얽힌 순수 상태(H ⊗ H 공간의 순수 상태이지만 각 HH의 순수 상태로 분리할 수 없음)인 네 의 벨 상태 중 하나입니다.

이제 앨리스가 계 A의 관찰자이고, 밥이 계 B의 관찰자라고 가정해 보겠습니다.앨리스가 위에서 주어진 얽힘 상태에서 A{⟩, ⟩ } 고유 기저에서 측정을 수행하면 동일한 확률로 두 가지 가능한 결과가 발생합니다.

  1. Alice는 0을 측정하고 시스템 상태는 ⟩ B 로 축소됩니다
  2. Alice가 1을 측정하면 시스템의 가 1 {\_{ _로 줄어듭니다

전자가 발생하면 Bob이 수행한 후속 측정도 동일한 기준으로 항상 1을 반환합니다.후자가 발생하면 (앨리스 측정값 1) Bob의 측정값은 0을 확실하게 반환합니다.따라서 앨리스가 시스템 A에 대해 로컬 측정을 수행함으로써 시스템 B가 변경되었습니다.이는 시스템 AB가 공간적으로 분리된 경우에도 그대로 유지됩니다.이것이 EPR 역설의 근본입니다.

앨리스의 측정 결과는 무작위입니다.앨리스는 복합 시스템을 어떤 상태로 붕괴시킬지 결정할 수 없으므로, 자신의 시스템에 작용하여 Bob에게 정보를 전송할 수 없습니다.따라서 이 특정 계획에서는 인과관계가 유지됩니다.일반적인 인수는 통신 금지 정리를 참조하십시오.

앙상블

위에서 언급한 바와 같이, 양자계의 상태는 힐베르트 공간의 단위 벡터에 의해 주어집니다.좀 더 일반적으로 계에 대한 정보가 적으면 '앙상블'이라고 부르고, 양의 반정형 행렬밀도 행렬이나 상태 공간이 무한 차원이고 트레이스 1을 가질 때 트레이스 클래스로 설명합니다.다시, 스펙트럼 정리에 의해, 그러한 행렬은 일반적인 형태를 갖습니다.

wi 양의 값을 갖는 확률이고 벡터 αi 단위 벡터이며, 무한 차원의 경우 추적 표준에서 그러한 상태의 폐쇄를 취할 것입니다.우리 인 앙상블의 비율인 앙상블을 나타내는 것으로 ρ를 해석할 수 있습니다 따라서 혼합 상태가 랭크 1을 가질 때 '순수 앙상블'을 설명합니다.양자계의 상태에 대한 정보가 총계보다 적을 때 우리는 상태를 나타내기 위해 밀도 행렬이 필요합니다.

실험적으로 혼합 앙상블은 다음과 같이 구현될 수 있습니다.관찰자를 향해 전자를 뱉는 "블랙박스" 장치를 생각해보세요.전자의 힐버트 공간은 동일합니다.장치는 모두 같은 상태의 전자를 생성할 수 있습니다. 이 경우 관찰자가 받은 전자는 순수 앙상블입니다.하지만, 그 장치는 다른 상태에서 전자를 생산할 수 있습니다.예를 들어 상태 z +{z} +\rangle 인 전자와 상태 y - -인 전자의 두 집단을 생성할 수 있습니다.일반적으로, 이것은 다양한 상태에 해당하는 모집단의 수가 얼마든지 있을 수 있기 때문에 혼합 앙상블입니다.

위의 정의에 따라, 이 중이중합성계에서 혼합상태는 H ⊗ H대한 밀도행렬일 뿐입니다. 즉, 일반적인 형태를 갖습니다.

we가 양으로 평가된 확률인 ∑ j = }=이고 벡터는 단위 벡터입니다.이것은 자기 인접적이고 양성이며 흔적 1을 가지고 있습니다.

순수한 경우로부터 분리가능성의 정의를 확장하여, 만약 다음과[61]: 131–132 같이 쓸 수 있다면 혼합 상태는 분리가능하다고 말합니다.

여기서 w는 양으로 평가된 확률이고 ρ s 및 s는 각각 하위 시스템 AB의 혼합 상태(밀도 연산자)입니다.즉, 상태가 상관 관계가 없는 상태 또는 제품 상태에 대한 확률 분포인 경우 분리 가능합니다.밀도 행렬을 순수 앙상블의 합으로 쓰고 확장함으로써, 우리는 일반성을 잃지 않고 ρ 와 ρ 가 그 자체로 순수 앙상블이라고 가정할 수 있습니다.상태는 분리할 수 없는 경우 얽히는 것으로 알려집니다.

일반적으로 혼합 상태가 얽혀 있는지 여부를 알아내는 것은 어렵다고 생각됩니다.일반적인 초당적 사례는 NP-hard인 것으로 나타났습니다.[62]2 × 22 × 3의 경우 분리성에 대한 필요충분한 기준은 유명한 PPT(Positive Partial Transpose)[63] 조건에 의해 제시됩니다.

밀도 행렬 감소

밀도 행렬의 감소에 대한 아이디어는 1930년 Paul Dirac에 의해 소개되었습니다.[64]힐베르트 공간 HA, HB 갖는 위의 계 AB를 생각하자. 합성계의 상태를 다음과 같이 하자.

위에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 순수한 상태를 부품 시스템 A에 연관시키는 방법은 없습니다.그러나 밀도 행렬을 연관시키는 것은 여전히 가능하다.

T \langle

이 상태에 대한 투영 연산자입니다.A의 상태는 시스템 B에 대한 ρ의 부분적인 흔적입니다.

합은 = 에서 발생합니다. {\ 의 ID 연산자입니다 을(를) 하위 시스템 A에서 의 감소된 밀도 행렬이라고도 합니다.구어적으로, 우리는 A에서 감소된 밀도 행렬을 얻기 위해 시스템 B를 "추적"합니다.

예를 들어, 얽힌 상태에 대한 A의 감소된 밀도 행렬

위에서 논한 것은

이는 예상대로 얽힌 순수 앙상블에 대한 감소된 밀도 행렬이 혼합 앙상블임을 보여줍니다.또한 놀랄 것도 없이, 위에서 한 순수 상태 ψ ⟩ A의 밀도 은 ⊗ ϕ ⟩ B 입니다.

=ψ_ \ \ _ _

일반적으로 초당적인 순수 상태 ρ는 축소된 상태가 순수한 상태가 아닌 혼합된 경우에만 얽힙니다.

이를 사용하는 두 개의 애플리케이션

감소된 밀도 행렬은 고유한 바닥 상태를 가진 서로 다른 스핀 체인에서 명시적으로 계산되었습니다.예를 들어 1차원 AKLT 스핀 체인이 있습니다.[65] 지면 상태는 블록과 환경으로 나눌 수 있습니다.블록의 감소된 밀도 행렬은 프로젝터와 다른 해밀턴의 퇴화된 지면 상태에 비례합니다.

감소된 밀도 행렬은 XY 스핀 체인에 대해서도 평가되었는데, XY 스핀 체인은 완전한 순위를 가지고 있습니다.열역학적 한계에서 큰 스핀 블록의 감소된 밀도 행렬의 스펙트럼은 이 경우 정확한 기하학적 순서임이[66] 증명되었습니다.

자원으로서의 얽힘

양자 정보 이론에서, 얽힌 상태는 '자원', 즉 생산하는 데 비용이 많이 드는 것으로 간주되고 가치 있는 변환을 구현할 수 있게 합니다.[67][68]이러한 관점이 가장 명확한 환경은 "멀리 있는 실험실", 즉 임의의 양자 작업을 수행할 수 있지만 서로 기계적으로 상호 작용하지 않는 "A"와 "B"로 표시된 두 양자 시스템입니다.허용되는 유일한 상호 작용은 가장 일반적인 로컬 양자 연산과 결합하여 LOCC(로컬 연산 및 클래식 통신)라는 연산 클래스를 생성하는 고전 정보의 교환입니다.이러한 작업은 시스템 A와 B 사이에 얽힌 상태를 생성하는 것을 허용하지 않습니다.그러나 A와 B에 얽힌 상태의 공급이 제공된다면, 이들은 LOCC 연산과 함께 더 큰 종류의 변환을 가능하게 할 수 있습니다.예를 들어, A의 큐비트와 B의 큐비트 사이의 상호작용은 먼저 A의 큐비트를 B로 순간이동시킨 다음 B의 큐비트와 상호작용하게 한 다음(두 큐비트가 모두 B의 실험실에 있기 때문에 현재는 LOCC 동작입니다) 큐비트를 A로 순간이동시킴으로써 실현될 수 있습니다.이 과정에서 두 큐비트의 최대로 얽힌 두 가지 상태가 사용됩니다.따라서 얽힌 상태는 LOCC만 사용할 수 있지만 프로세스에서 소비되는 환경에서 양자 상호 작용(또는 양자 채널)의 실현을 가능하게 하는 자원입니다.얽힘이 자원으로 간주될 수 있는 다른 응용 프로그램이 있습니다. 예를 들어, 개인 통신 또는 양자 상태를 구별하는 것입니다.[69]

얽힘의 분류

모든 양자 상태가 자원으로서 동등한 가치가 있는 것은 아닙니다.이 값을 정량화하기 위해 각 양자 상태에 수치 값을 할당하는 다른 얽힘 측정(아래 참조)을 사용할 수 있습니다.그러나 양자 상태를 비교하는 더 거친 방법에 만족하는 것은 종종 흥미롭습니다.이로 인해 다양한 분류 체계가 생성됩니다.대부분의 얽힘 클래스는 LOCC를 사용하여 상태를 다른 상태로 변환할 수 있는지 또는 이러한 연산의 하위 클래스를 사용할 수 있는지 여부에 따라 정의됩니다.허용된 연산 집합이 작을수록 분류가 세분화됩니다.중요한 예는 다음과 같습니다.

  • 만약 두 주가 지역 단위의 작전에 의해 서로 변환될 수 있다면, 그들은 같은 LU 클래스에 속한다고 합니다.이것은 보통 고려되는 수업 중 가장 훌륭한 수업입니다.동일한 LU 클래스에 있는 두 개의 상태는 얽힘 측정에 대해 동일한 값을 가지며 원격 실험실 설정에서 리소스와 동일한 값을 갖습니다.무한히 많은 다른 LU 클래스가 있습니다(순수 상태에서 가장 간단한 두 큐비트의 경우에도).[70][71]
  • 확률이 0보다 큰 측정을 포함한 로컬 연산에 의해 두 상태가 서로 변환될 수 있는 경우, 동일한 'SLOCC 클래스'("stochastic LOCC")에 속한다고 합니다.질적으로, 동일한 SLOCC 클래스의 두 상태 ρ 1{\과 ρ 2{\_{는 동일하게 강력하지만(하나를 다른 하나로 변환한 후 허용하는 모든 것을 할 수 있기 때문에) 변환 ρ → ρ 2 _ 및 ρ → ρ 1 }다른 확률로 성공할 수 있습니다. 더 이상 동등한 가치가 없습니다.예를 들어, 두 개의 순수 큐비트에 대해 얽힘 상태((최대로 얽힌) 벨 상태 및 + 과 같은 약하게 얽힌 상태와 분리 가능한 상태(즉, 과 같은 제품 상태)의 두 가지 SLOCC 클래스만 있습니다.
  • 상태의 단일 복사본: ρ 1→ ρ 2 }\to \의 변환을 고려하는 대신 다중 복사본 변환의 가능성을 기반으로 클래스를 정의할 수 있습니다.예를 들어, ρ → ρ 2 __{가 LOCC에서 불가능한 경우가 있지만, ρ ⊗ ρ → ρ 2 _ _{가 가능합니다.매우 중요한(그리고 매우 거친) 분류는 임의로 많은 수의 ρ {\displaystyle \을(를) 적어도 하나의 순수하게 얽힌 상태로 변환하는 것이 가능한지 여부에 기초합니다.이 성질을 가진 주를 증류 가능 주라고 합니다.이 상태들은 충분히 주어지면 (국소 연산으로) 어떤 얽힌 상태로 변환될 수 있기 때문에 가능한 모든 사용을 허용할 수 있기 때문에 가장 유용한 양자 상태입니다.처음에는 모든 엉킨 상태가 증류 가능한 것은 아니며, 그렇지 않은 상태를 '결합된 엉킨 상태'라고 부르는 것이 놀라움으로 다가왔습니다.[74][69]

다른 얽힘 분류는 상태에 존재하는 양자 상관 관계가 A와 B가 할 수 있도록 허용하는 것에 기초합니다. 하나는 얽힌 상태의 세 가지 하위 집합을 구별합니다. (1) 국소 숨겨진 변수 모델에 의해 설명될 수 없는 상관 관계를 생성하여 벨 부등식을 위반하는 비국소 상태, (2) 조종 가능상태,t는 A가 국부적인 측정을 통해 조건부 감소 상태 B를 수정("조향")할 수 있는 충분한 상관관계를 포함하고 있으며, 이를 통해 A는 보유한 상태가 실제로 얽혔다는 것을 B에게 증명할 수 있으며, 마지막으로 (3) 비국부적이거나 조종할 수 없는 얽힌 상태를 증명할 수 있습니다.세 세트 모두 비어 있지 않습니다.[75]

엔트로피

이 절에서는 혼합 상태의 엔트로피와 양자 얽힘의 척도로 볼 수 있는 방법에 대해 논의합니다.

정의.

초당적 2단계 순수 상태에 대한 폰 노이만 엔트로피 Vs 아이겐 값의 플롯.고유값이 0.5일 때 폰 노이만 엔트로피는 최대 얽힘에 해당하는 최대 값입니다.

고전 정보 이론 H에서 샤넌 엔트로피는 확률 분포 , 다음과 같은 방법으로 연관됩니다.

혼합 상태 ρ는 앙상블에 대한 확률 분포이기 때문에 폰 노이만 엔트로피의 정의로 자연스럽게 이어집니다.

일반적으로 보렐 함수 연산을 사용하여 log(ρ)와 같은 비다항 함수를 계산합니다.음이 아닌 연산자 ρ가 유한 차원 힐베르트 공간에 작용하고 고유값 λ λ n ,\을 가진 연산자에 지나지 않는 것으로 판명되지만 고유값 λ ), λ n) _샤넌 엔트로피는 다음과 같습니다.

( ) ( ) - ⁡ λ i ) = - {\)= -\log

확률 0의 사건이 엔트로피에 기여하지 않아야 하기 때문에, 그리고 다음이 주어집니다.

규약 0 로그(0) = 0을 채택합니다.이것은 무한 차원의 경우에도 확장됩니다: ρ가 스펙트럼 해상도를 가지고 있는 경우

계산할 때 동일한 관례를 가정합니다.

통계역학에서와 마찬가지로 시스템이 보유해야 할 불확실성(미세 상태의 수)이 많을수록 엔트로피는 더 커집니다.예를 들어, 어떤 순수한 상태의 엔트로피도 0인데, 이것은 순수한 상태의 계에 대한 불확실성이 없기 때문에 놀라운 것이 아닙니다.위에서 논의한 얽힘 상태의 두 하위 시스템 중 하나의 엔트로피는 log(2)입니다(2 × 2 혼합 상태에 대한 최대 엔트로피로 보여질 수 있음).

얽힘의 척도로서

엔트로피는 다른 얽힘 측정이 존재하지만 얽힘을 정량화하는 데 사용할 수 있는 하나의 도구를 제공합니다.[77][78]전체 시스템이 순수한 경우, 한 서브시스템의 엔트로피는 다른 서브시스템과의 얽힘 정도를 측정하는 데 사용될 수 있습니다.초당적 순수 상태의 경우, 감소된 상태의 폰 노이만 엔트로피는 얽힘 측정에 필요한 특정 공리를 만족시키는 상태군에 대한 유일한 함수라는 점에서 고유한 얽힘 측정입니다.[79]

섀넌 엔트로피가 균일 확률 분포 {1/n,...,1/n}에서 최대치를 달성하는 것은 고전적인 결과입니다.따라서, ρ의 각 하위 시스템의 감소된 상태가 대각선 행렬인 경우, 이 중 이중 순수 상태 ρ ∈ HH최대로 얽힌 상태라고 합니다.

혼합 상태의 경우 폰 노이만 엔트로피 감소가 유일한 합리적인 얽힘 척도가 아닙니다.

또한, 정보 theore적 정의는 통계역학적 의미에서 엔트로피와 밀접한 관련이 있습니다(comparing를 들어, 현재 맥락에서 두 정의는 볼츠만 상수 k = 1로 설정하는 것이 일반적입니다).예를 들어, 보렐 함수 미적분학의 성질에 의해, 우리는 임의의 유니터리 연산자 U에 대해,

실제로 이 성질이 없다면 폰 노이만 엔트로피는 잘 정의되지 않을 것입니다.

특히, U는 시스템의 시간 진화 연산자, 즉,

여기서 H는 계의 해밀토니안입니다.여기서 엔트로피는 변하지 않습니다.

과정의 가역성은 결과적인 엔트로피 변화와 관련이 있습니다. 즉, 과정이 시스템의 엔트로피를 불변으로 두는 경우에만 가역적입니다.따라서 시간의 화살이 열역학적 평형을 향해 행진하는 것은 양자 얽힘의 증가하는 확산일 뿐입니다.[81]이것은 양자 정보 이론열역학 사이의 연결을 제공합니다.

레니 엔트로피는 얽힘의 척도로도 사용될 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 2023년 1월 23일 물리학자들은 결국 얽힘 조작의 제2법칙은 존재하지 않는다고 보고했습니다.연구자들의 말에 따르면, "열역학 제2법칙에 직접적인 대응물은 성립할 수 없습니다."[82]

얽힘 대책

얽힘 측정은 (종종 초당적으로 간주되는) 양자 상태에서의 얽힘의 양을 정량화합니다.전술한 바와 같이, 얽힘 엔트로피는 순수한 상태에 대한 얽힘의 표준 척도이지만 더 이상 혼합된 상태에 대한 얽힘의 척도가 아닙니다.혼합 상태의 경우, 문헌에[77] 얽힘 척도가 일부 존재하며 표준적인 것은 없습니다.

이러한 얽힘 측정의 대부분(모두는 아니지만)은 순수 상태에서 얽힘 엔트로피를 감소시키고, 얽힌 시스템의 차원이 증가함에 따라 혼합 상태에 대해 계산하기가 어렵습니다(NP-hard).[83]

양자장론

양자장 이론리-슐라이더 정리는 때때로 양자 얽힘의 유사체로 보여집니다.

적용들

얽힘은 양자 정보 이론에 많은 응용을 가지고 있습니다.얽힘의 도움으로 불가능한 작업을 달성할 수 있습니다.

얽힘의 가장 잘 알려진 응용 프로그램 중 하나는 초밀도 코딩과 양자 순간 이동입니다.[84]

대부분의 연구자들은 양자 컴퓨팅을 실현하기 위해 얽힘이 필요하다고 믿고 있습니다(일부에서는 이에 대해 논쟁하고 있지만).[85]

얽힘은 양자 암호학의 일부 프로토콜에서 사용되지만 표준 가정 하에서 QKD의 보안을 증명하는 데는 얽힘이 필요하지 않습니다.[86][87][88]그러나 QKD의 장치 독립 보안은 통신 파트너 간의 얽힘을 이용하는 것으로 나타납니다.[89]

뒤엉킨 상태

이론과 실험에서 자주 나타나는 몇 가지 표준적으로 얽힌 상태가 있습니다.

큐비트의 경우, 벨 상태는

이 네 가지 순수한 상태는 모두 최대로 얽히고설키며(엉킴의 엔트로피에 따라) 두 큐비트의 힐베르트 공간의 정규 기저(선형 대수)를 형성합니다.그들은 벨의 정리에서 근본적인 역할을 합니다.

M>2큐비트의 경우 GHZ 상태는

= = 에 대한 벨 상태 φ ⟩ + . \로 줄어듭니다.기존의 GHZ 상태는 = M = 에 대해 정의되었습니다 GHZ 상태는 때때로 2차원이 아닌 d의 시스템, 즉 큐디트로 확장됩니다.

또한 M>2 큐비트의 경우 스핀 측정의 불확실성에 대한 특정 제한을 충족하는 압축된 일관성 상태스핀 압착 상태가 있으며, 이는 필연적으로 얽혀 있습니다.[90]스핀 압착 상태는 양자 얽힘을 이용한 정밀 측정을 강화하는 데 좋은 후보입니다.[91]

보손 모드의 경우, NOON 상태는

이는 Bell 상태 ψ ⟩ +". 처럼 기본 세트 0과 1이 "N개의 광자가 한 모드에 있습니다" 및 "N개의 광자가 다른 모드에 있습니다"로 교체된 것과 같습니다.

마지막으로, 보손 모드를 위한 쌍둥이 Fock 상태도 존재하며, 이는 빔 스플리터로 이어지는 두 개의 암에 Fock 상태를 공급함으로써 생성될 수 있습니다.이들은 복수의 NOON 상태의 합이며, 하이젠베르크 한계를 달성하는 데 사용될 수 있습니다.[92]

적절히 선택된 얽힘 측정의 경우, Bell, GHZ 및 NOON 상태는 최대로 얽히지만 스핀 스퀴즈 상태와 트윈 포크 상태는 부분적으로만 얽힙니다.부분적으로 얽힌 상태는 일반적으로 실험적으로 준비하기가 더 쉽습니다.

얽힘 생성 방법

얽힘은 일반적으로 아원자 입자 사이의 직접적인 상호작용에 의해 생성됩니다.이러한 상호작용은 다양한 형태로 나타날 수 있습니다.가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나는 편광으로 얽힌 광자 쌍을 생성하기 위한 자발적 매개 변수 하향 변환입니다.[69][93]다른 방법으로는 광섬유 커플러를 사용하여 광자를 가두고 혼합하는 방법, 양자점의 이중 여기자의 붕괴 캐스케이드에서 방출되는 광자,[94] 홍-우-만델 효과의 사용 등이 있습니다.전자 양전자와 같은 입자반입자의 양자 얽힘은 하디의 간섭계에서 해당하는 양자파동 함수의 부분적인 중첩에 의해 생성될 수 있습니다.[95][96]벨 정리의 초기 테스트에서 얽힌 입자는 원자 계단을 사용하여 생성되었습니다.[21]

얽힘 스와핑을 사용하여 직접적으로 상호작용하지 않는 양자 시스템 사이에 얽힘을 생성할 수도 있습니다.독립적으로 준비된 동일한 두 입자는 파동 기능이 적어도 부분적으로 공간적으로 겹칠 뿐이라면 서로 얽힐 수도 있습니다.[97]

시스템 얽힘 테스트

밀도 행렬 ρ은 곱 상태의 볼록한 합으로 쓸 수 있다면 분리 가능하다고 합니다.

확률로.정의에 따르면 분리할 수 없는 경우 상태가 얽힙니다.

2-큐비트 및 큐비트-큐트리트 시스템(각각 2 × 2 및 2 × 3)의 경우 단순한 페레스-호로데키 기준은 분리 가능성에 대한 필요 및 충분한 기준을 제공하며, 이에 따라 의도치 않게 얽힘을 감지할 수 있습니다.그러나 일반적인 경우에는 문제가 일반화될 때 NP-hard가 되므로 분리성을 위해 필요한 기준일 뿐입니다.[98][99]다른 분리 가능성 기준에는 범위 기준, 감소 기준 및 불확실성 관계에 기초한 기준이 포함됩니다(이에 제한되지는 않습니다.[100][101][102][103]이산 가변 시스템에서의 분리 가능성 기준에 대한 검토는 참조를,[104] 이산 가변 시스템에서의 실험 얽힘 인증에서의 기술 및 과제에 대한 검토는 참조를 참조하십시오.[105]

존 매그네 레이나스, 얀 미르하임, 에이리크 오브럼은 "기하학적 측면의 얽힘"이라는 논문에서 문제에 대한 수치적 접근법을 제시했습니다.[106]Leinaas 등은 수치적 접근법을 제공하여 추정된 분리 가능한 상태를 시험 대상 상태를 향해 반복적으로 정제하고, 실제로 대상 상태에 도달할 수 있는지 확인합니다.(내장된 Peres-Horodecki 기준 테스트 포함) 알고리즘의 구현은 "State Separator" 웹 앱입니다.

연속형 변수 시스템에서는 Peres-Horodecki 기준도 적용됩니다.특히, 사이먼은 표준 연산자의 2차 모멘트 측면에서 페레스-호로데키 기준의 특정 버전을 공식화하고 1 1 - 가우스 상태에 필요하고 충분하다는 것을 보여주었습니다(외견상 다르지만 본질적으로 동등한 접근 방식은 참조).나중에 사이먼의 조건은 모드 가우시안 상태에도 필요하고 충분하지만 2 ⊕ {\ 2 2 모드 가우시안 상태에는 더 이상 충분하지 않다는 것이 밝혀졌습니다.사이먼의 상태는 표준 연산자의[110][111] 고차 모멘트를 고려하거나 엔트로픽 측도를 사용하여 일반화할 수 있습니다.[112][113]

2016년, 중국은 세계 최초로 양자 통신 위성을 발사했습니다.[114]2016년 8월 16일, 중국 북부 주취안 위성 발사 센터에서 1억 달러 규모의 양자 실험(QUESS) 임무가 시작되었습니다.[citation needed]

고대 중국 철학자의 이름을 따서 "미키우스"라고 별명 지어진 이 우주선은 앞으로 2년 동안 지구와 우주 사이의 양자 통신의 가능성을 보여주고 전례 없는 거리에서 양자 얽힘을 시험할 것입니다.[citation needed]

2017년 6월 16일 사이언스, Yin 등의 호는 1,203km의 새로운 양자 얽힘 거리 기록을 세우며, 2광자 쌍의 생존과 벨 부등식 위반을 입증하여 미키우스 위성에서 리젠, 윈난 및 D 기지에 이르기까지 엄격한 아인슈타인 지역 조건 하에서 CHSH 평가 2.37 ± 0.09에 도달했습니다.elingha, Quinhai,[115][116] 이전 광섬유 실험에 비해 전송 효율을 10배 이상 증가시켰습니다.

자연스럽게 얽힌 시스템

다중 전자 원자의 전자 껍질은 항상 얽힌 전자로 이루어져 있습니다.정확한 이온화 에너지는 전자 얽힘을 고려해야만 계산할 수 있습니다.[117]

광합성

광합성 과정에서 빛을 수확하는 복합체와 흡수된 각 광자의 에너지가 화학 에너지의 형태로 수확되는 광합성 반응 센터 사이의 에너지 전달에 얽힘이 관련되어 있다고 제안되었습니다.그런 과정이 없다면 빛을 화학 에너지로 효율적으로 변환하는 것은 설명할 수 없습니다.펨토초 분광법을 사용하여 페나-매튜스-올슨 복합체의 얽힘의 일관성을 수백 펨토초(이와 관련하여 비교적 긴 시간)에 걸쳐 측정하여 이 이론을 뒷받침했습니다.[118][119]

그러나 중요한 후속 연구에서는 이러한 결과의 해석에 의문을 제기하고 전자 양자 일관성의 보고된 서명을 발색단의 핵 역학 또는 생리적 온도가 아닌 극저온에서 수행되는 실험에 할당합니다.[120][121][122][123][124][125][126]

거시적 물체의 얽힘

2020년, 연구원들은 밀리미터 크기의 기계적 발진기의 움직임과 원자 구름의 이질적인 먼 스핀 시스템 사이의 양자 얽힘을 보고했습니다.[127][128]이후의 연구는 두 개의 기계적 발진기를 양자 얽힘으로써 이 연구를 보완했습니다.[129][130][131]

생물체계 요소의 얽힘

2018년 10월, 물리학자들은 살아있는 유기체, 특히 살아있는 박테리아 내의 광합성 분자와 양자화된 빛 사이의 양자 얽힘을 만들어낸다고 보고했습니다.[132][133]

살아있는 유기체(녹색 유황 박테리아)는 그렇지 않으면 상호작용하지 않는 빛 모드 사이에서 양자 얽힘을 생성하는 매개자로 연구되어 빛과 박테리아 모드 사이에서 높은 얽힘을 보이고 어느 정도는 박테리아 내에서도 얽힘을 보여줍니다.[134]

참고 항목

참고문헌

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