fixfix
2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение22.02.2020, 22:18 
Аватара пользователя


19/09/17
140
Изображение

В системе однощелевого эксперимента в момент $t_2$
на экране появилась "точка" (информация о координатах фотона).

Переместимся в момент $t_1$
- непосредственно перед коллапсом волновой функции: каждая точка фронта волновой функции (в координатном базисе) была равноудалена от щели, образуя дугу правильной окружности.

Т.е., координаты фотона в момент $t_1$
находятся в суперпозиции.

Далее: в этот же момент $t_1$
- мысленно поместим в каждую точку "дуги" ненаблюдаемый фотон, с образованием (бесконечного?..) множества таких фотонов.

Теперь мы можем сказать, что в момент $t_2$
- один из этих фотонов перестал быть "ненаблюдаемым".

...Согласится ли кто-нибудь из тех, кто знает КМ лучше меня, что множество "ненаблюдаемых" фотонов в момент $t_1$ можно считать запутанными друг с другом по одному, или нескольким базисам - ?..

Например - по базису энергии, и\или координат
(прошу простить мою безграмотность).

Дополнительное,
очень абстрактное условие:
каждый "ненаблюдаемый" фотон в момент $t_1$ мог бы находится в суперпозиции состояний, вида "реализую 100% энергии" и "реализую 0% энергии".
И поскольку все фотоны запутаны, то когда один реализует на экране 100% энергии (после измерения) - все другие "реализуют 0% энергии".

Надуманная логика подкупает меня напрашивающимся выводом:
искомый способ запутывания "ненаблюдаемых" частиц суперпозиции, а также способ детализации "дополнительного, очень абстрактного условия", могли бы объяснить феномен коллапса волновой функции.

-- 22.02.2020, 23:18 --

Должен сказать, что в ноябре меня банили за аналогичные рассуждения в ПРР.

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение23.02.2020, 00:08 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
VictorNovak в сообщении #1440935 писал(а):
запутанными друг с другом по одному,
или нескольким базисам
Запутанность не бывает по базису, она просто или есть или нет. Запутанное (неразложимое) состояние системы из нескольких подсистем — это состояние, не представимое в виде тензорного произведения $\psi_1\otimes\ldots\otimes\psi_n$, где $\psi_i$ — возможное состояние $i$-й подсистемы. Это для чистых состояний, для ансамбля оператор плотности описывает запутанное состояние, если он не линейная комбинация операторов вида $\rho_1\otimes\ldots\rho_n$, где $\rho_i$ можно считать операторами чистых состояний; то есть система запутана, если состояние не описывается классическим вероятностным распределением на чистых состояниях.

VictorNovak в сообщении #1440935 писал(а):
координаты фотона в момент $t_1$
находятся в суперпозиции
Координаты не могут быть в суперпозиции. В суперпозиции состояний $\psi_1,\psi_2,\ldots$ находится состояние $\psi$, если $\psi = c_1\psi_1 + c_2\psi_2 + \ldots$ для каких-то комплексных чисел $c_1, c_2, \ldots$, и притом обычно подразумевается, что они все ненулевые.

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение24.02.2020, 19:51 
Аватара пользователя


19/09/17
140
arseniiv, спасибо за развёрнутый ответ!

arseniiv в сообщении #1440965 писал(а):
В суперпозиции состояний $\psi_1,\psi_2,\ldots$ находится состояние $\psi$, если $\psi = c_1\psi_1 + c_2\psi_2 + \ldots$ для каких-то комплексных чисел $c_1, c_2, \ldots$
Я так понимаю, $\psi$ олицетворяет мой "ненаблюдаемый фотон" в момент $t_1$,
а комплексное число - его... координату?

Я т.е. просто пытаюсь прочитать формулу,
ибо для пространственного случая - как в (одно)щелевом эксперименте
- найти развёрнутых примеров не удалось.

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение24.02.2020, 20:31 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
VictorNovak в сообщении #1441292 писал(а):
Я так понимаю, $\psi$ олицетворяет мой "ненаблюдаемый фотон" в момент $t_1$,
а комплексное число - его... координату?
Не, ничего никого не олицетворяет, это ровно определения. И амплитуды тоже никогда не связаны с координатами, как и векторы состояния — это всё отдельные понятия.

Я написал определения для того, чтобы пояснить ошибки в употреблении терминологии.

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение25.02.2020, 00:19 
Аватара пользователя


19/09/17
140
$\tfrac{1}{\sqrt{2}} \left ( |0\rangle_A \otimes |1\rangle_B - |1\rangle_A \otimes |0\rangle_B \right ).$

If the composite system is in this state, it is impossible to attribute to either system A or system B a definite pure state. (...). In this sense, the systems are "entangled".

Т.е., если пропустить фотон 0 через BBO кристалл
с образованием фотонов 1 и 2, поляризованных I или II, то:
$$\psi_0 = |I\rangle_{\psi_1}\otimes|II\rangle_{\psi_2} + |II\rangle_{\psi_1}\otimes|I\rangle_{\psi_2} \qquad\quad(1)$$ Получается, мы не можем представить запутанность в виде тензорного произведения
просто потому что достигли предела упрощения математической записи.

С другой стороны
- суперпозицию тоже нельзя представить в виде тензорного произведения:
$$\sigma = \varphi + \omega \qquad\quad(2)$$ Очевидно, $\varphi$ НЕ запутано с $\omega$, потому что у нас нет такого состояния,
которое позволило бы привести $(2)$ к виду $(1)$.

...Только если мы не предположим,
что существует такая пара состояний $|X_0\rangle$ и $|X_1\rangle$, при которых:
$$\sigma = |X_0\rangle_{\varphi}\otimes|X_1\rangle_{\omega} + |X_1\rangle_{\varphi}\otimes|X_0\rangle_{\omega}$$ Такая манипуляция приводит $(2)$ к виду $(1)$,
и формализует моё
VictorNovak в сообщении #1440935 писал(а):
Дополнительное,
очень абстрактное условие
для суперпозиции фотона в момент $t_1$ (правда тут суммируются всего две греческие буквы,
а не по одной на каждый из возможных "ненаблюдаемых фотонов").

Получается,
если бы мы могли обнаружить такое физическое свойство частицы,
математической записью которого была бы пара состояний $|X_0\rangle$ и $|X_1\rangle$
- нам бы удалось
VictorNovak в сообщении #1440935 писал(а):
объяснить феномен коллапса волновой функции

И вот я думаю: а может ли это быть определённость?
Для полностью определённого ("eigenstate"),
или неопределённого состояния.

?..

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение25.02.2020, 02:10 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
Опять же никогда не говорят «полностью определённое состояние», всегда имеют в виду, для каких операторов вектор состояния собственный. И коллапс не может объясняться вот так просто, он присущ произвольным квантовым системам, а не только отдельным частицам. И наконец его совершенно не нужно пытаться объяснять, плавая в теории.

VictorNovak в сообщении #1441345 писал(а):
С другой стороны
- суперпозицию тоже нельзя представить в виде тензорного произведения:
Как можно видеть из определения выше, у состояний нет свойства «просто быть суперпозицией», у них есть свойство «быть суперпозицией <некоторых состояний>». И одно и то же состояние может быть суперпозицией одних и не быть суперпозицией других, и всё это никак напрямую не связано с его разложимостью. Пусть перед нами система из двух частиц, каждая из которых имеет пространство состояний с базисом $\lvert0\rangle, \lvert1\rangle$. Тогда есть к примеру суперпозиция состояний $\lvert01\rangle - \lvert10\rangle$ и $\lvert00\rangle - \lvert11\rangle$ (можно кстати проверить, разложимые они или нет), являющаяся разложимым состоянием $(\lvert0\rangle+\lvert1\rangle)\otimes(\lvert0\rangle-\lvert1\rangle)$. ($\lvert mn\rangle$ — сокращение для $\lvert m\rangle\otimes\lvert n\rangle$.)

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение25.02.2020, 11:35 
Аватара пользователя


19/09/17
140
arseniiv, я обязательно отвечу: я просто так быстро не могу))

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение09.04.2020, 01:56 
Аватара пользователя


19/09/17
140
arseniiv,
произведение векторов друг на друга отличается от обычного только тем,
что порядок умножения имеет значение (т.е., $|01\rangle$ и $|10\rangle$ - НЕ одно и то же).

В остальном
- скобки раскрываются так же, как в начальной школе:
$$(|0\rangle + |1\rangle)\otimes(|0\rangle - |1\rangle)$$
$$=|00\rangle - |01\rangle + |10\rangle - |11\rangle$$
$$=|a\rangle - |b\rangle + |c\rangle - |d\rangle$$ Результат можно сгруппировать без изменения смысла:
$$=(|a\rangle - |d\rangle) - (|b\rangle - |c\rangle)$$
$$=(|00\rangle - |11\rangle) - (|01\rangle - |10\rangle)$$ Так и получится Ваша
arseniiv в сообщении #1441358 писал(а):
суперпозиция состояний $\lvert01\rangle - \lvert10\rangle$ и $\lvert00\rangle - \lvert11\rangle$
))) Спасибо за пример!

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение09.04.2020, 03:02 


09/04/20
2
VictorNovak в сообщении #1441345 писал(а):
Получается, мы не можем представить запутанность в виде тензорного произведения
просто потому что достигли предела упрощения математической записи.

Простое пополнение пространства векторов состояния некими пра-векторами, которые бы выступали в качестве значений на несепарабельных состояниях вступает в конфликт с неравенствами Белла и соответствующими экспериментами.

arseniiv в сообщении #1440965 писал(а):
Запутанность не бывает по базису, она просто или есть или нет.

Неправда

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение09.04.2020, 14:21 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
physik1 в сообщении #1452984 писал(а):
Неправда
Ну ура. Как кому-то убедиться, что «неправда» действительно лучше отражает реальность, если оно не сопровождается никакими пояснениями или ссылками? Просто поверить?

Я же имел в виду, что есть полезное и используемое свойство, определяемое только по вектору состояния и ничему больше. Можно называть его более математически — разложимость тензора — если вдруг претензии на слово «(не)запутанность» не нравятся.

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение09.04.2020, 15:08 


09/04/20
2
Прогоните всю систему через унитарный оператор и убедитесь сами

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение09.04.2020, 16:36 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
Всю какую систему?

-- Чт апр 09, 2020 18:38:04 --

Если у вас есть ссылки, лучше дайте их, если лень описывать как следует. Будет хотя бы понятно, кто кого неправильно понял.

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение09.04.2020, 18:21 
Аватара пользователя


19/09/17
140
Я тем временем решаю кое-какие уравнения,
но пока что - да: без финтов ушами, не получается их нормировать
(сумма квадратов амплитуд выходит выше 1).

Наверное, это как раз то:
physik1 в сообщении #1452984 писал(а):
вступает в конфликт с неравенствами Белла

Но может чё и выдам!

 Профиль  
                  
 
 Re: Суперпозиция - частный случай запутанности?
Сообщение10.04.2020, 21:22 
Аватара пользователя


19/09/17
140
А если так.

(ЛИКБЕЗ)


Спином вообще называют некую особенность частицы реагировать на магнитное поле.

Матрица Эрмитова оператора спина электрона
(по вертикальной оси) $S_V = \dfrac{1}{2}\begin{pmatrix}1 & 0\\0 & -1\end{pmatrix}$ имеет ровно два
собственных вектора: $\begin{pmatrix}1\\0\end{pmatrix}$ и $\begin{pmatrix}0\\1\end{pmatrix}$.

Тогда электрон,
проходящий через вертикально-ориентированную установку Штерна-Герлаха
(почти аналогично - протон, проходящий через ту же установку; или фотон, проходящий через поляризатор, и т.п.)
- можно описать обыкновенным кубитом (в т.ч. в матричном виде):
$$|V\rangle = \frac{1}{\sqrt{2}}(|1\rangle + |0\rangle)$$$$= \frac{1}{\sqrt{2}}\begin{bmatrix}\begin{pmatrix}1\\0\end{pmatrix}+\begin{pmatrix}0\\1\end{pmatrix}\end{bmatrix}$$
Изображение

В результате измерения такого состояния (как при измерении вообще любой суперпозиции) - произойдёт т.н. "коллапс"; т.е. вектор $|V\rangle$ примет любое одно из собственных значений с вероятностью, равной квадрату связанного с ним коэффициента (в данном случае $\begin{pmatrix}\frac{1}{\sqrt{2}}\end{pmatrix}^2$, т.е. 50% ровно):
$$|V\rangle \longrightarrow |1\rangle \qquad\text{(спин $$|V\rangle \longrightarrow |0\rangle \qquad\text{(спин

(ПРИМЕЧАНИЕ)


Этот "коллапс", однако - является нарушением линейных преобразований квантовой механики.
Коллапс ниоткуда не следует: он является макроскопическим феноменом (мы никогда не наблюдаем спин "вверх" и "вниз" одновременно - см. т.н. "проблема измерения").

Существует множество ведущих интерпретаций
физического смысла "коллапса":
  • Копенгагенская интерпретация (КПГИ):
    никакие квантовые состояния НЕ имеют физического смысла,
    а значит коллапс - просто нестыковка абстрактной математики.
  • Многомировая интерпретация (ММИ):
    все квантовые состояния наделены собственным
    физическим смыслом, а их коллапс - вообще не происходит.
  • Теория Декогеренции (ДКГ):
    все квантовые состояния наделены физическим смыслом,
    однако большинство из них - становятся ненаблюдаемы
    (создавая впечатление коллапса).
  • Пр. и др., не вызывающие моего восторга.

(ЛИКБЕЗ)


Однако даже по прошествии нескольких десятилетий - ни одна из этих точек зрения ещё не стала общепризнанной.

...В данной теме я исходил из предположения,
что определённость частицы в пространстве-времени
- тоже можно использовать в качестве базиса.

Я рассуждал о системе однощелевого эксперимента, стена с щелью в котором играет роль установки Штерна-Герлаха, а совокупность всех возможных "точек" на экране - эквивалентна собственным значениям базисных векторов в искомом базисе.

Изображение

Я предположил (на примере фотона), что между щелью и экраном - частица НЕ просто находится в суперпозиции, но саму суперпозицию можно представить в виде
VictorNovak в сообщении #1440935 писал(а):
(бесконечного?..) множества
"ненаблюдаемых" частиц, запутанных между собой (по "базису определённости").
Т.е., речь (по всей видимости) идёт о бесконечномерной матрице Эрмитова оператора, описывающей такой базис (с бесконечным количеством базисных векторов и их собственных значений).

Оказалось, что такое состояние существует:
The notion of W state has been generalized for $n$ qubits and then refers to the quantum superposition (...) in which exactly one of the qubits is in an "excited state" $|1\rangle$, while all other ones are in the "ground state" $|0\rangle$:
$$|W\rangle = \frac{1}{\sqrt{n}}(|100...0\rangle + |010...0\rangle + ... + |000...1\rangle)$$

Оно является полной версией ранее предложенного состояния |$\sigma\rangle$
(описанного без скобочек и коэффициента):
VictorNovak в сообщении #1441345 писал(а):
$$\sigma = |X_0\rangle_{\varphi}\otimes|X_1\rangle_{\omega} + |X_1\rangle_{\varphi}\otimes|X_0\rangle_{\omega}$$

(ПРИМЕЧАНИЕ)


Полагаю, что состояние $|W\rangle$ позволяет
VictorNovak в сообщении #1440935 писал(а):
объяснить феномен коллапса волновой функции
поскольку физического коллапса в его рамках НЕ происходит: каждая "ненаблюдаемая" частица - это просто $|\text{состояние}\rangle$ вакуума, в котором она может быть обнаружена если будет измерена.

(ПРИМЕЧАНИЕ)


Вернёмся теперь к состоянию $|V\rangle$ спина электрона
- а также прочим "однокубитным суперпозициям"
(далее: ОКСП).

Продолжая моё рассуждение - хочется заключить, что ОКСП (а также, очевидно, любые небесконечномерные состояния, в т.ч. двухкубитные Bell states, рассмотренные в прошлых сообщениях на примере поляризации запутанных фотонов) являются грубым обобщением: мы можем использовать их для описания взаимодействий частицы с окружающей средой, однако в реальности - такое описание будет $|\text{объединять в себе}\rangle$ бесконечное множество "ненаблюдаемых" частиц, запутанных между собой (по "базису определённости").

Т.е., этот "базис определённости" - он даже не выделенный базис: это просто неявное требование длинной формы записи для любых других базисов.

Т.о., состояние $|W\rangle$, а также его производные - НЕ только уточняют формулу ОКСП (как и прочих небесконечномерных состояний), но и отражают физический смысл явления, называемого "коллапсом".
Физического коллапса НЕ происходит: путём запутывания с ближайшим окружением - происходит последовательный перенос свободного (т.е. освобождённого из потенциальной ямы) состояния из одного места пространства-времени (всеми допустимыми направлениями) в другое.

-- 10.04.2020, 22:24 --

Название данной темы, таким образом ("Суперпозиция - частный случай запутанности?") - отражает "нефизичность" небесконечномерных векторов: кубит является математической абстракцией, обобщающей наибольшее множество реальных физических состояний. Эти состояния характеризуют одни и те же свойства, вроде поляризации, или спина; однако до момента измерения - они локализованы во множестве точек (условно-бесконечно делимого) пространства-времени.
Любые суперпозиции с как минимум одним слагаемым небесконечномерным вектором (однокубитные, двухкубитные и т.д.) - следовательно, также являются математической абстракцией; в реальности же, все суперпозиции - это частные случаи запутанных бесконечномерных физических состояний.

...Т.е., проще говоря:
(небесконечномерные) описания свойств частицы,
и (бесконечномерные) описания точек пространства-времени,
в каждой из которых частица обладает этими её свойствами
(пока в какой-нибудь одной из них не будет измерена)
- это разные описания.

!!!

 Профиль  
                  
 
 Posted automatically
Сообщение10.04.2020, 21:42 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
 i  Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- уберите лишние переводы строк во всех своих сообщениях, в таком виде это неудобочитаемо.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 16 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group