Video-kvanteskole del 3: Den ene partikel ved, hvad den anden gør
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.

Video-kvanteskole del 3: Den ene partikel ved, hvad den anden gør

Fra midten af 1920'erne fik Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg m.fl. efterhånden sat skik på kvantefysikken, mens Albert Einstein og Niels Bohr i disse år havde gevaldige diskussioner ikke mindst på den femte Solvay-konference i 1927.

Her udtænkte Albert Einstein det ene snedige tankeeksperiment efter det andet for at skyde kvantemekanikken ned. Men Niels Bohr kunne på elegant vis parere hvert eneste angreb.

Albert Einstein var i 1933 flygtet til USA på grund af de tyske love rettet mod jøder. Det var her ved Institute for Advanced Study ved Princeton University, han sammen med sine assistenter Boris Podolsky og Nathan Rosen i en artikel i Physical Review den 15. maj satte et voldsomt angreb ind på kvantemekanikken.

Einstein troede ikke på spøgelser

Det skete i et tankeeksperiment, hvor en måling på en kvantepartikel samtidig gav information om tilstanden fra en anden kvantepartikel.

Når to fotoner fødes på samme tid, vil deres kvantetilstande være sammenfiltrede. Hvis den ene har spin op, har den anden spin ned. Men nu er det jo således, at begge kvantepartikler kan være i superposition af spin op og ned, som vi konstaterede i kvanteskolens anden del.

Det er først, når vi foretager en måling af en kvantepartikel, at bølgefunktionen kollapser, og man kan konstatere, at partiklen enten har spin op eller spin ned - og aldrig begge dele.

Men måler man kun den ene partikel, er det som om, den anden kvantepartikel øjeblikkeligt ved, at dens makker er blevet udsat for en måling.

Det sker også, selv om de to partikler er adskilt over så store afstande, at de ikke kan kommunikere med hinanden ifølge Einsteins egen specielle relativitetsteori. Derfor kan kvantemekanikken ikke være en komplet teori, argumenterede Einstein.

Niels Bohr gav sit svar på angrebet i en artikel i samme tidsskrift 15. oktober, hvor han afviste Einsteins argumenter.

Men Einstein var langtfra overbevist. I et brev til sin ven Max Born flere år efter, i 1947, skrev han, at han ikke brød sig om denne ‘spukhafte Fernwirkung’. Dette udtryk oversættes normalt til ‘spooky action at a distance’ på engelsk og til ‘spøgelsesagtig vekselvirkning over store afstande’ på dansk.

Einstein mente, at der måtte findes en mere fundamental teori med en form for skjulte variable, som kunne forklare fænomenet. Det var en interessant diskussion blandt to af de klogeste fysikere, men det var alligevel ikke sådan at afgøre, hvem der havde ret.

Mange valgte derfor at følge den gode parole: Hold kæft og beregn! - som er et yndlingsudtryk blandt kvantefysikere, når de filosofiske betragtninger begynder at gå over gevind.

Fra tankeeksperiment til rigtige eksperimenter

I 1965 omsatte den nordirske fysiker John Stewart Bell dog filosofiske diskussion til et spørgsmål om eksperimentalfysik. Han satte uenigheden på matematisk formel.

Bell viste, at for eksperimenter med entanglede partikler, ville korrelationen mellem målinger overholde en bestemt ulighed, hvis der fandtes skjulte variable. Uligheden ville være overtrådt, hvis kvantemekanikkens forudsigelser var korrekte.

Bells teorem udtrykkes ofte på denne måde: 'Ingen fysisk teori baseret på lokale skjulte variable kan reproducere alle kvantemekanikkens forudsigelser' - enten er kvantemekanikken forkert, eller også er lokal realisme i modsætning til de fleste menneskers intuitive opfattelse ikke et gældende fysisk princip.

Fire år senere blev Bells ulighed omformuleret til en form, der var mere velegnet til eksperimentel test. Og så var det blot at vente på, at eksperimentalfysikerne blev dygtige nok til at udføre eksperimenterne.

Det tog sid tid, og lykkedes først i begyndelsen af 1980'erne for Alain Aspect fra Université Paris-Sud.

Hans eksperimenterne viste en overtrædelse af Bells ulighed og bekræftede, at kvantemekanikkens forudsigelser var korrekte.

Siden har andre forskere gentaget eksperimenterne og efterhånden udelukket alle tænkelige smuthuller, som fandtes i Aspects oprindelige forsøg, og som kunne man givet Einstein ret. I dag ved vi med fuldstændig sikkerhed, at Niels Bohr havde ret, og Albert Einstein tog fejl. Der findes ingen skjulte variable, kvantemekanikken er den rigtige teori.

Schrödinger fandt på navnet

Hverken Einstein eller Bohr brugte dog ordet entanglement, for det var slet ikke kendt i en kvantemæssig betydning på dette tidspunkt.

Erwin Schrödinger - ophavsmand til kvantemekanikkens mest berømt ligning - var den første til at bruge ordet i en artikel, som blev fremlagt i Cambridge Philosophical Society 28. oktober samme år.

Schrödinger forklarede, at efter to systemer (som atomer eller fotoner) har været i fysisk kontakt, kan de ikke længere beskrives som værende uafhængige størrelser.

Deres repræsentationer eller bølgefunktioner er blevet entangled eller sammenfiltret. Schrödinger fandt også på den tyske betegnelse, som han kaldte Verschränkung, som han brugte i en artikel i Naturwissenschaften 6. december 1935.

Ingen modstrid med relativitetsteorien

Da egenskaberne for de to dele med sammenfiltrede tilstande blev defineret, da de var i fysisk kontakt med hinanden, er det ikke muligt at bruge denne teknik til at sende information fra et sted til et andet.

Der er altså ingen modstrid med den specielle relativitetsteori og dens postulat at lyshastigheden i vakuum er den øvre hastighedsgrænse i universet - også for information.

Man kan kun i forsøgene observere, hvad der allerede blev fastlagt, da partiklerne var i fysisk kontakt.

Nu er det rutine

I betragtning af, at de senere eksperimenter viste, at Einsteins kritik var helt forkert, fik EPR alligevel enorm betydning for den anden kvanterevolution.

De tankeeksperimenter, som Einstein i sin artikel beskrev som eksempler på, hvor kvantemekanikken ville spille fallit, er præcis de eksperimenter, som forskere nu udfører rutinemæssigt i kvantelaboratorier verden over og udgangspunktet kvantecomputere og kvantekryptering.


Det sker også, selv om de to partikler er adskilt over så store afstande, at de ikke kan kommunikere med hinanden ifølge Einsteins egen specielle relativitetsteori. Derfor kan kvantemekanikken ikke være en komplet teori, argumenterede Einstein.

Beviser relativitetsteorien, at der ikke kan ske kommunikation med større hastighed end lysets? Eller, er der "et hul" der tillader kvantemekanikkens måde at gøre det?

Jeg kan ikke se, at det er andet end en formodning i relativitetsteorien, at det ikke er muligt at sende information med større hastighed end lysets. Der er intet ordentligt bevis. Med andre ord, så mener jeg ikke, at relativitetsteorien falder til jorden - selvom det viser sig, at kvantemekanikken kan sende informationer med større hastighed end lysets.

Jeg mener at relativitetsteorien udelukker at information sendes med en hastighed større end lysets, såfremt den bevæger sig fra A til B. Men, det er netop ikke det som sker i kvantemekanikken. Man kan bedre sige, at informationen i kvantemekanik ikke bevæger sig fra A til B, fordi den sendes globalt ud i hele universet samtidigt. Og man kan ikke tale om en "vej" da tiden er 0. Og dermed er intet bevis imod, at information kan overføres med uendelig hastighed i relativitetsteorien. Der er ingen "vej" og man kan ikke sige, at informationen er nået f.eks. halvvejen på halvdelen af tiden.

  • 0
  • 0

Det tog sid tid, og lykkedes først i begyndelsen af 1980'erne for Alain Aspect fra Université Paris-Sud.

Hans eksperimenterne viste en overtrædelse af Bells ulighed og bekræftede, at kvantemekanikkens forudsigelser var korrekte.

Så vidt jeg ved, så har der i langt de fleste kvantefysiske eksperimenter været så stor støj, at man ikke har kunnet konkludere noget sikkert. Hvis forsøget ikke havde været til kvantemekanikkens fordel, så havde kvantemekanikken dog været modbevist. Det interessante i forsøget, var at det ikke modbeviste kvantemekanikken. Jeg mener ikke, at man kan sige, at det var et bevis for kvantemekanikken.

Først i 2015 har man lavet loop-hole free eksperimenter, og vi kan tale om et bevis til kvantemekanikkens fordel.

Jeg er dog ikke helt sikker på, at man har bevist at der ikke findes ukendte og uopdagede loopholes i Bell's test eksperiment. Og, det skal jo egentligt bevises, før man kan sige, at vi er kommet til en konklusion.

På nuværende tidspunkt, har ingen eksperimenter afgjort resultatet til lokale variable teoriernes fordel. Men, jeg har svært ved at se, at der er et 100% skudsikker bevis mod skjulte variable. Alle eksperimenter har haft udfald til kvantemekanikkens fordel. Men, det er ikke nødvendigvis det samme, som at det er 100% bevist.

  • 1
  • 0

Jeg vil godt citere lidt af det som står på Wikipedia omkring loopholes:

Though the series of increasingly sophisticated Bell test experiments has convinced the physics community in general that local realism is untenable, local realism can never be excluded entirely.[26] For example, the hypothesis of superdeterminism in which all experiments and outcomes (and everything else) are predetermined cannot be tested (it is unfalsifiable). Brunner, N. (2014-04-18). "Bell nonlocality". Rev Mod. Phys. 86: 419–478. arXiv:1303.2849Freely accessible. Bibcode:2014RvMP...86..419B. doi:10.1103/RevModPhys.86.419.

Jeg tror desuden local realism teorier vil være mere komplicerede end kvantemekanikken, og derfor vil kvantemekanikken aldrig blive helt forkastet.

  • 0
  • 0

Jens Ramskov,

Det er fint at de kollapser samtidig, men hvordan definerer man det? Der er hver partikels inertialsystem (bortset fra fotoner) og så fx dér hvor deres vejes skilles?

  • 0
  • 0

Ramskov skrev:

Da egenskaberne for de to dele med sammenfiltrede tilstande blev defineret, da de var i fysisk kontakt med hinanden, er det ikke muligt at bruge denne teknik til at sende information fra et sted til et andet.

og

Man kan kun i forsøgene observere, hvad der allerede blev fastlagt, da partiklerne var i fysisk kontakt.

Det mener jeg er en uheldig formulering, da det leder tanken hen på at delene har fået nogle skjulte variable fastlagt før eller ved separationen.
Bell-eksperimenterne viser jo at det netop IKKE er tilfældet. Der SKER en 'spooky', momentan påvirkning på måletidspunktet. Man kan blot ikke bruge dette til at overføre information: Man kan ikke ved 'A' se om en måling ved 'B' har fundet sted. Man kan ikke fra 'B' styre udfaldet af en måling ved 'A'. Først når målingerne fra 'A' og 'B' efterfølgende sammenholdes, kan man konstatere, at der var en påvirkning.

  • 3
  • 0

Den antager at information for at eksistere må have en materiel form, og dermed hænger på lyset hastighed.


I kvantemekanik har overførslen af information ingen materiel form.
Hullet i relativitetsteorien - som jeg ser det - er global overførsel til ethvert sted i rummet, med uendelig hastighed. Globale variable er ikke forbudt i relativitetsteorien. Dette betyder, at informationen eller partiklen overgår til at eksistere overalt på en gang. Dette kan egentligt også gælde material form, f.eks. en partikel, men der er dog et problem, hvis den pågældende materielle form, har en form for "tid" indbygget, så vidt jeg kan se. Det må f.eks. ikke være radioaktivt, eller have halveringstid. Men det vi kræve, at et eller andet kan styre hvor den så dukker op. Kvantemekanikken kan netop det. Noget tyder på, at kvantemekanikken har læst relativitetsteorien meget grundig igennem, og fundet smuthullerne.

Det syntes jeg er så utroligt, at man må undre sig.

  • 1
  • 0

Selve kvanteteoriens notationer og formalisme gør det svært for udenforstående at begribe det. Det er som med sandsynlighedsregning og stokastiske variable. Det er ikke enkelt og notationen er også et kapitel for sig. Klart nok, for det drejer sig også meget om sandsynligheder i kvantemekanik. At der så yderligere blandes matricer og matriksregning ind i det gør kun forvirringen total.
Jens Ramskov nævner en Hadamard gate: https://en.wikipedia.org/wiki/Hadamard_tra...
God fornøjelse siger jeg bare. Og så er der lige denne perle: "However, if the Hadamard gate is applied twice in succession (as is effectively being done in the last two operations), then the final state is always the same as the initial state." Det kunne jo ligne kodning af et signal, så det ligner støj, men bagefter bliver "støjen" til signalet igen med en omvendt kodning.

Entanglement er mere end blot at producere to partikler med ortogonale eller omvendte egenskaber. Det er der intet mærkeligt i, heller ikke ved detektionen.
Det mærkelige opstår først når du producerer dem, så du ikke ved hvad du har produceret.
Hvis du parvis sender maling afsted blå og rød, ved du selvfølgelig, når du måler den ene, at den anden har den anden farve. Sidstnævnte bruges af og til som eksempel, men er værre end ingenting.
Den kvantemekaniske forklaring er, at hver bøtte er både rød og blå på en gang, men ved målingen får den den ene af farverne, og den anden den anden farve!
Eksemplet lyder søgt, men forklarer vel Bell eksperimentet rimeligt. Mit problem er alle de eksperimenter der tilsyneladende viser at det er sådan, og at så mange er overbevist om det.

Det sørgelige er, at selv de mest vidende ikke kan præstere bedre argumenter.

  • 2
  • 0

Det mener jeg er en uheldig formulering, da det leder tanken hen på at delene har fået nogle skjulte variable fastlagt før eller ved separationen.
Bell-eksperimenterne viser jo at det netop IKKE er tilfældet.


Ja, med mindre der er loopholes vi ikke kender, så kan Jens Ramskovs beskrivelse ikke være hel korrekt, da det vil indebære lokale variable.

Informationen som overføres, er ikke en information på partiklen/fotonen. Men vinklen, som vores polarisations splitterne er drejet i forhold til hinanden. Det er forsøgets konfiguration i den ene path, der påvirker resultatet i den anden path.

Og derfor er det netop ikke skjulte variable til fotonen.

Det kan måske bedre beskrives som en form for "aura", vores forsøg udviser. Indenfor kvantemekanik, må vi acceptere, at vi skal kende hele forsøgets konfiguration, for at udregne resultaterne.

  • 1
  • 0

Ja, med mindre der er loopholes vi ikke kender, så kan Jens Ramskovs beskrivelse ikke være hel korrekt, da det vil indebære lokale variable.

Det er meget simpelt at komme til en skjult variabel teori, der giver en trekant kurve, i stedet for cosinus. En cosinus kan beskrives som flere trekant kurver der adderes. Med bare to, kan vi løse problemet ved Bell's test vinkel. Antager vi f.eks. at vi har en ekstra skjult variabel, der fortæller hvilken trekant kurve der skal adderes, så er muligt at det optiske krystal, kan vælge en trekant kurve med højere frekvens. Sker det ind imellem, så får vi kvantemekanikkens kurve. En afart er, er den tilfældige vinkel ikke er mellem 0 og 180 grader, men en vilkårlig vinkel, hvor de større antal grader indikerer overfrekvens.

Jeg tror godt vi i alt evighed kan "skræddersy" teorier, der slår Bell's test eksperiment. Det modbeviser eksperimentets holdbarhed. Selvom vores teorier ikke holder i virkeligheden - i modsætning til kvantemekanikken.

  • 1
  • 0

Nu har jeg prøvet at sende et indlæg mange gange men får en fejl, så det kommer her i stedet:

https://nopaste.me/view/6e04650a#L16

Jeg har prøvet at beskrive hvori selve det mystiske i entanglement ligger, da jeg ikke synes, at ret mange beskrivelser er så gode på det punkt.

  • 1
  • 0

Lasse Re
Nu sender vi partiklerne til hver deres detektor og måler at følgende altid er sandt, uanset hvor mange gange vi gentager eksperimentet med forskellige partikelpar:

A[0] == !B[0]

Vi får altid enten true == !false eller false == !true.


Er det sandsynligt? Hvis jeg så så flotte måledata, vil jeg tro det var fup... Vil der - i praksis - ikke være nogle få fejl ved nogle af målingerne?

Partiklerne kan i hvert fald ikke være født med faste konstante værdier. De kunne måske indeholde en slags program, som kommunikerede med den anden partikels detektor og lavede nogle beregninger. Men fordi detektorerne kan være meget langt fra hinanden, skulle kommunikationen ske med overlyshastighed.

Hvorfor skal kommunikationen ske med overlyshastighed? Drejer jeg på vinkelen af detektoren, går det sandsynligvis lang tid, inden jeg får tændt laseren, og lavet første eksperiment.

Kan vi ikke forestille os, at et form for "felt" udbreder sig, og afgør resultatet i god tid.

Specielt, hvis vi har nogle partikler der har et felt omkring sig - f.eks. elektroner - vil være meget naturligt, at svaret måske kommer før elektronen affyres. Eller, måske reflekteres partiklen, indtil den ved, hvad den vælger.

Ved vi, om en elektron er blevet reflekteret flere gange, og gennemgår forsøget igen og igen, indtil den beslutter hvad den vælger?

  • 0
  • 0

Selvfølgelig er der da fejlmålinger og støj.

Med hensyn til overlyshastighed så har man jo forsøgt med fotoner som partikler og adskiller fx detektorerne med 10 nanosekunders afstand. Og sådan at fotonerne rammer deres detektorer samtidig.

  • 0
  • 0

Hov, siden drillede på mobiludgaven så det hele ikke kom med. Men mht et ekstra felt som kommer før partiklen, kan du prøve at kikke på delayed choice quantum eraser eksperimentet. Her rammer den ene foton en detektor mens den anden tager en længere rute og stadig er undervejs.

Man beslutter så hvorvidt man skal måle den anden foton eller ej, og alt efter udfaldet bestemmer den første foton sig om den skal vise interferensmønster eller ej - selvom den tidsmæssigt allerede ramte skærmen for længe siden og kollapsede.

Ved ikke om du kan få dine idéer ind i eksperimentet :)

  • 0
  • 0

Jeg tror ikke at hele din tekst kom med.

At der er 10ns afstand mellem detektorer giver ikke i sig selv et bevis - men kombineret med delayed choise, ser det ud til at være et godt bevis.

At kunne ændre en begivenhed tilbage i tiden, tidsrejser osv. Og så alligevel ikke, i vores verden. Det må have været et mareridt for naturen, at få det hele til at gå op.... Bare en ganske lille fejl, og vi havde kunnet rejse i tiden.

Hvis der er fejlmålinger og støj, så der kun er korrekte data i 4 ud af 5 forsøg, så kan vises at det er teoretisk muligt med lokal realisme. De fleste skriver der skal være mindst 82.84% korrekte målinger - er mindre kan Bell's test forsøg ikke vise noget. En lokal realisme model, der har samme resultat som kvantemekanikken, vil have ca. 80.611% korrekte data, og 19,389% støj.

Der er lavet eksperimenter med mindre støj, som dermed beviser kvantemekanikken, men så vidt jeg ved ikke optiske. Der er støjen normalt langt større.

  • 0
  • 0

Det ville være dejlig simpelt hvis det bare var støj. Men hvis eksperimentet er sandt, så er det godt nok mystisk...

Men tidsrejserne ville ifølge matematikken i det ikke kunne bruges til tidsrejser for observerbare ting, kun for ting som aldrig kunne observeres. Så tidsrejseparadokset forsvinder vist.

Så kan man jo igen spørge hvornår noget er observeret eller ej... En foton er jo fint observeret af enhver beamsplitter i forsøget, fx. Skal der bevidsthed til også?

  • 0
  • 0

Forsøgene viser noget mærkeligt, men coincidensen giver anledning til en vis tvivl.
Når nu fotonerne siges at være en kombination af vertikal og horisontal polarisering, så kan de enkelte fotoner faktisk have tilfældig resulterende polarisation. Det væsentlige er måske så, at de vil have det parvis i hver sin gren (definitionen på entanglement?)
Det betyder faktisk, at når Alice måler en foton med en drejning c, så er der også sendt en foton til Bob med samme drejning, som derfor bliver detekteret samtidigt med Alices foton.

Malus lov kan så bruges som bevis både for og imod min fortolkning. Det er jo mærkeligt, hvis man accepterer at fotonerne er udsendt som sådan med en given polarisering, at nogle overhovedet kan komme igennem et polarisationsfilter med en ny polarisering, blot i mindre mængde.
Betyder det, at "polariserede" fotoner kun til en vis grad har en given polarisering? Eller kan summen af flere fotoner resultere i at en enkelt slipper igennem med en ny polarisering? Og hvor bliver de andre af.

Disse ulineære krystaller som laver entanglede fotoner med den dobbelte bølgelængde (dividerer frekvensen med 2), behøver egentlig ikke en speciel kvantemekanisk forklaring. Elektromagnetisk ulineære komponenter kan lave samme nummer, det kræver blot en smule hukommelse/delay, og kan altså ske uden at involvere særlige energipakker i form af fotoner. Ordet er parametrisk forstærkning/konversion.

  • 0
  • 0

Der er lavet eksperimenter med mindre støj, som dermed beviser kvantemekanikken, men så vidt jeg ved ikke optiske. Der er støjen normalt langt større.


Man taler ellers om mere end 90% effektivitet for fotondetektorerne.
Hvis man opfatter systemet som en kommunikationskanal, vil støjenergien pr bit være kT, og det er faktisk 1000 gange mindre end fotonenergien ved synligt lys (h*f).
Der er noget med termisk støj og høje frekvenser, udover at båndbredden i modtageren måske er svær at tilpasse til signalets båndbredde.
Kan man betragte coincidensdetektoren som en digital dekodning og båndbreddebegrænsning?
Lidt i stil med "codedivision multiplex" som det bruges i GPS. GPS har S/N mindre end 1 indtil den rigtige kode findes/bruges.

  • 0
  • 0

Man taler ellers om mere end 90% effektivitet for fotondetektorerne.


Jeg er ikke helt sikker på, at det er det samme, som at der kun er 10% støj. Du skal desuden tage forhold for støjen i hele systemet - der kan måske også være støj på grund af polarisations splitterne og mørkestøj.

Hvis du noterer alle målinger, hvor der detekteres et foton par, og indstiller polarisations splitterne, så de er ens, så forventes at data er 100% korrelerede. Er det ikke tilfældet, så er der støj. Er f.eks. en fejl på 1 ud af 5 målinger, så er mindst 20% støj, og 80% signal. Støjen kan måske også være langt større.

I Bells test eksperiment måles på enkelte fotoner, og der bruges en klik detektor. Det skal udføres i total mørke. Jeg kunne forestille mig, at støjniveauet her er større, end hvis lysintensiteten er større, da støjniveauet formentligt er nogenlunde konstant. Der er altså relativt få fotoner, for hver "støj foton". Med mindre, at støjen kommer fra selve lyset.

Elektronikken giver også anledning til støj. Men den kan reduceres ved at nedkøle transistorerne.

  • 0
  • 0

Du skal også være opmærksom på, at detektorerne skal kunne bruges til opgaven.

Detektorerne til en Bell test skal være ekstremt følsomme og bruges i mørke, og de skal være utroligt hurtige, da vi parrer fotoner, som er indenfor få nanosekunder - typisk er der kun et vindue på 2ns. De skal derfor kunne følge med i gigahertz området.

Kravet til at detektoren er super hurtig, kan medføre et større støjniveau, for både detektor, og elektronik.

Du skal også være meget opmærksom på om mørkestøjen kan være et problem.

Du kan ikke bare købe nogle billige fotoceller fra RS, da de er alt alt for sløve.

  • 0
  • 0

Entanglement. Velkommen til det mest besynderlige inden for kvantefysikken: Partikler, der opfører sig ens, selv om de befinder sig forskellige steder i universet.

Kvantemekanisk sammenfiltrings "dansevideo": Real-Time Imaging of Quantum Entanglement - IQOQI VIENNA:
Citat: "...
To image the effects of entanglement directly, we created in our experiment a pair of entangled photons. The video shows images of single photon patterns, recorded with a triggered intensified CCD camera, where the influence of a measurement of one photon on its entangled partner photon is imaged in real-time. In our experiment the immediate change of the monitored mode pattern is a result of the polarization measurement on the distant partner photon.
..."

Fundet via:

30th May 2013, Watch quantum entanglement – IN REAL TIME. Photons do the spooky action dance on YouTube.

-

09.28.09, wired.com: Quantum Entanglement Visible to the Naked Eye:
Citat: "...
Billions of flowing electrons in the superconductors can collectively exhibit a weird quantum property called entanglement, usually confined to the realm of tiny particles, scientists report in the September 24 Nature.
...
These superconducting circuits, made of aluminum, were separated by a few millimeters on an electronic chip. At low temperatures, electrons in the superconductors flow collectively, unfettered by resistance.
...
In the new study, researchers used a microwave pulse to attempt to entangle the electrical currents of the two superconductors. If the currents were quantum-mechanically linked, one current would flow clockwise at the time of measurement (assigned a value of 0), while the other would flow counterclockwise when measured (assigned a value of 1), Martinis says. On the other hand, the currents’ directions would be completely independent of each other if everyday, classical physics were at work.
..."

-

Én enkelt kvantemekanisk partikel kan "deles" og sendes i hver sin retning og virke som kvantemekanisk sammenfiltring:

24 March 2015, nature.com: Experimental proof of nonlocal wavefunction collapse for a single particle using homodyne measurements:
Citat: "...
A single quantum particle can be described by a wavefunction that spreads over arbitrarily large distances; however, it is never detected in two (or more) places. This strange phenomenon is explained in the quantum theory by what Einstein repudiated as ‘spooky action at a distance’: the instantaneous nonlocal collapse of the wavefunction to wherever the particle is detected.
...
The violation of the EPR-steering inequality by seven s.d.’s [standard deviations] is a clear proof that Bob’s quantum state cannot exist independently of Alice, but rather is collapsed by Alice’s measurement.
...
The heralded single photons are conditionally produced based on the set-up presented in ref. 54 at an average count rate of ~8,000 s^−1 using a weakly pumped nondegenerate optical parametric oscillator. The single photons are impinged on a beam splitter characterized by reflectivity R, which was set to four different values Rε{0.08,0.38,0.50,0.90}.
..."

nature.com: Illustration af måling af sammenfiltring:
Citat: "...
[nogle af specialtegnene er sikkert forvanskede]
A single photon is incident on a beam splitter of reflectivity R and then subjected to homodyne measurements at two spatially separated locations. Alice is trying to convince Bob that she can steer his portion of the single photon to different types of local quantum states by performing various measurements on her side. She does this by using different values of her LO phase θ, and extracting only the sign sε{+,−} of the quadrature she measures. Meanwhile, Bob scans his LO and performs full quantum-state tomography to reconstruct his local quantum state. He reconstructs unconditional and conditional local quantum states to test if his portion of the single photon has collapsed to different states according to Alice’s LO setting θ, and result s.
..."

-

Kvantemekanisk sammenfiltring og ormehuller:

28. sep 2013, ing.dk: Dramatisk idé: Ormehuller og entanglement hænger sammen. Topfysikere lancerer en overraskende løsning på et paradoks om egenskaberne på indersiden af et sort huls grænse til omverdenen.

December 11, 2013, scitechdaily.com: Study Shows Creation of Entanglement Simultaneously Gives Rise to a Wormhole.

-

27. nov 2010, ing.dk: Overraskende sammenhæng mellem entanglement og usikkerhedsrelationen.

Centre for Quantum Technologies at the National University of Singapore. (2010, November 19). Surprise link between weird quantum phenomena: Heisenberg uncertainty principle sets limits on Einstein's 'spooky action at a distance'. ScienceDaily:
Citat: "...
Previously, researchers have treated non-locality and uncertainty as two separate phenomena. Now Wehner and Oppenheim have shown that they are intricately linked. What's more, they show that this link is quantitative and have found an equation which shows that the "amount" of non-locality is determined by the uncertainty principle.
..."

  • 0
  • 0

Måske lidt forenklet.
Det der generer mig ved disse eksperimenter er, at man bevidst indfører en art ubestemthed, og derefter måler at den egentlig ikke findes. Mærkværdighederne sker jo først, når du ikke ved hvilken polarisation fotonerne er produceret med.
Kunne man eftergøre disse mærkværdigheder med almindelige kredsløb, og hvorfor ikke?

  • 0
  • 0

"Kvantemekanisk sammenfiltring møder relativitetsteorien"?:

Number 660 #2, November 4, 2003 by Phil Schewe, James Riordon, and Ben Stein: Acceleration Disrupts Quantum Teleportation:
Citat: "...
But since the two entangled particles are interlinked, the measurement also affects the properties of the second, remote particle in the entangled pair. This "nonlocal" effect can be understood as a transfer of "quantum" information from the first to second particle.

When the experimenter who handled the first particle contacts the experimenter handling the second particle with the limited "classical" information that he or she obtained from the measurement (a process that can take place only at light speed or slower), the latter experimenter has enough information to manipulate the second particle in just the right way as to produce the exact quantum properties of the (now destroyed) third particle.

This process of transference of quantum properties between particles, by means of quantum measurement and classical communication, even if the particles are light years apart, is called quantum teleportation, and intimately relies upon the fact that the pair of particles are interlinked or "entangled" through the unusual rules of quantum physics.

Drawing from the example above, a new analysis has shown that quantum teleportation would malfunction if the receiver of the second particle is accelerating relative to the third particle.
..."

  • 0
  • 0

Mærkværdigheden er, at du kan påvirke noget som sker ét sted i laboratoriet ved at pille ved noget et andet sted i laboratoriet. Vel at mærke uden at der flyver fotoner eller noget som helst andet mellem de to steder.

Og selv hvis der skulle flyve noget frem eller tilbage, så skulle det ske hurtigere end lysets hastighed fordi effekten vises så hurtigt i forhold til afstanden.

  • 0
  • 0

Og selv hvis der skulle flyve noget frem eller tilbage, så skulle det ske hurtigere end lysets hastighed fordi effekten vises så hurtigt i forhold til afstanden.


Lidt filosofisk, så kunne man måle den ene her på Jorden, men gemme resultatet sammen med en halvdød kat, og når den anden var målt på månen, så så man efter i kassen, hvad der var blevet målt.
Det kunne selvfølgelig også vendes om ved at se efter i kassen, før man så efter på månen.
Har man lavet disse Bell eksperimenter med stor forskel i afstand til fotonkilden? Altså hvor Alice er meget tættere på end Bob eller omvendt. Er der noget mærkeligt, så bør man afprøve grænserne.

  • 0
  • 0

Hvem kan modbevise følgende forslag til overlyshastighedskommunikation?:

Fakta: Man kan afgøre om to partikler er sammenfiltrede via en måling.

Man placerer fire separate fotonfyr; sammenfiltret fotonfyr AB1, AB2, BA1 og BA2; forsinkelsesmæssigt præcis midt mellem de to parter (A og B), som vil kommunikere med overlyskommunikation - fx optisk eller via optisk fiber.

Efter et stykke tid, vil hver af parterne A og B modtage fire fotoner fra hver af de fire separate fotonfyr - og herefter med jævne mellemrum bestemt af fotonfyr udsendelsesfrekvensen ("bit-slots").

Part A's "modtager" forsinker fotonerne BA1 og BA2 fx via 100 meter fiber.

Part B's "modtager" forsinker fotonerne AB1 og AB2 fx via 100 meter fiber.

Part A's "sender" vælger på hvert fotonmodtagelsestidspunkt af AB1 og AB2 fx om disse to fotoner skal sammenfiltres eller ej:
* ikke_sammenfiltring="0"; fotoner kan forsinkes indtil "modtager" har målt. Dvs ikke nødvendigvis (SSM,separable-state measurement). (Der vælges dét, som gør det lettere at afgøre i modtagerenden om der blev sammenfiltret eller ej i senderenden).
* sammenfiltring="1" (BSM,Bell-state measurement)

Part B's "sender" vælger på hvert fotonmodtagelsestidspunkt af BA1 og BA2 fx om disse to fotoner skal sammenfiltres eller ej. (ikke_sammenfiltring="0", sammenfiltring="1")

Part A's "modtager" afgør om fotonerne BA1 og BA2 (efter de 100 meter fiber) er sammenfiltrede eller ej. (ikke_sammenfiltring="0", sammenfiltring="1")

Part B's "modtager" afgør om fotonerne AB1 og AB2 (efter de 100 meter fiber) er sammenfiltrede eller ej. (ikke_sammenfiltring="0", sammenfiltring="1")

De 100 meter fiber sikrer, at der måles efter "sammenfiltringsmodulationen" i senderenden.

.

Overlyskommunikationen opnås ved at "flytte" de klassiske kommunikationskanaler, der er begrænset til lyshastighed, til hver af de to parter. Så kan både de lokale kvantemekaniske målinger laves og måleresultaterne kan sammenlignes via lokale klassiske kommunikationskanaler - og derfor kan kommunikationen fra part A->B og B->A laves på vilkårlig kort tid og i begge retninger. (fuld duplex)

Med passende mængde fejlkorrigerende kodning kan data/information overføres, selvom der er kommunikationsfejl.

((forslaget er en slags spin-off af diskussionen med Jens Madsen i denne tråd - dér er flere referencer](https://ing.dk/artikel/beviser-kvantemekan...) og her)

Udgivet under: Creative Commons cc-by-sa.

-

Referencer:

University of Vienna. (2013, April 15). Photons run out of loopholes: Quantum world really is in conflict with our everyday experience. ScienceDaily:
Citat: "...
The effect of quantum entanglement is amazing: when measuring a quantum object that has an entangled partner, the state of the one particle depends on measurements performed on the partner. Quantum theory describes entanglement as independent of any physical separation between the particles.
[]
That is, entanglement should also be observed when the two particles are sufficiently far apart from each other that, even in principle, no information can be exchanged between them (the speed of communication is fundamentally limited by the speed of light).
...
Although the new experiment makes photons the first quantum particles for which, in several separate experiments, every possible loophole has been closed
..."

National Institute of Standards and Technology (NIST). (2015, November 12). 'Spooky action at a distance' is really real. ScienceDaily:
Citat: "...
The NIST experiments are called Bell tests, so named because in 1964 Irish physicist John Bell showed there are limits to measurement correlations that can be ascribed to local, pre-existing (i.e. realistic) conditions. Additional correlations beyond those limits would require either sending signals faster than the speed of light, which scientists consider impossible, or another mechanism, such as quantum entanglement.
...
"You can't prove quantum mechanics, but local realism, or hidden local action, is incompatible with our experiment," NIST's Krister Shalm says. "Our results agree with what quantum mechanics predicts about the spooky actions shared by entangled particles."
...
Photon pairs are then separated and sent by fiber-optic cable to separate detectors in the distant rooms. While the photons are in flight, a random number generator picks one of two polarization settings for each polarization analyzer. If the photon matched the analyzer setting, then it was detected more than 90 percent of the time.
...
Researchers calculated that the maximum chance of local realism producing these results is just 0.0000000059, or about 1 in 170 million. This outcome exceeds the particle physics community's requirement for a "5 sigma" result needed to declare something a discovery. The results strongly rule out local realistic theories, suggesting that the quantum mechanical explanation of entanglement is indeed the correct explanation.
..."

December 5, 2013, You can’t get entangled without a wormhole.
MIT physicist finds the creation of entanglement simultaneously gives rise to a wormhole
:
Citat: "...
Essentially, entanglement involves two particles, each occupying multiple states at once — a condition referred to as superposition. For example, both particles may simultaneously spin clockwise and counterclockwise. But neither has a definite state until one is measured, causing the other particle to instantly assume a corresponding state. The resulting correlations between the particles are preserved, even if they reside on opposite ends of the universe.

But what enables particles to communicate instantaneously — and seemingly faster than the speed of light — over such vast distances? Earlier this year, physicists proposed an answer in the form of “wormholes,” or gravitational tunnels. The group showed that by creating two entangled black holes, then pulling them apart, they formed a wormhole — essentially a “shortcut” through the universe — connecting the distant black holes.
...
“There are some hard questions of quantum gravity we still don’t understand, and we’ve been banging our heads against these problems for a long time,” Sonner says. “We need to find the right inroads to understanding these questions.”
...
This is where quantum entanglement could play a role. It might appear that the concept of entanglement — one of the most fundamental in quantum mechanics — is in direct conflict with general relativity: Two entangled particles, “communicating” across vast distances, would have to do so at speeds faster than that of light — a violation of the laws of physics, according to Einstein.
..."

Sammenfiltring i senderenden foretages på følgende måde:

Wikipedia: Bell state measurement, BSM:
Citat: "...
The Bell measurement is an important concept in quantum information science: It is a joint quantum-mechanical measurement of two qubits that determines which of the four Bell states the two qubits are in.
If the qubits were not in a Bell state before, they get projected into a Bell state (according to the projection rule of quantum measurements), and as Bell states are entangled, a Bell measurement is an entangling operation.
Bell-state measurement is the crucial step in quantum teleportation. The result of a Bell-state measurement is used by one's co-conspirator to reconstruct the original state of a teleported particle from half of an entangled pair (the "quantum channel") that was previously shared between the two ends.
..."

January 30, 2012, Quantum Physicists Take a Step Forward in Understanding Quantum Inseparability:
Citat: "...
In a nutshell, quantum theory tells us that two entangled particles behave as a single physical object, no matter how far apart they are. If a measurement is performed on one of these particles, the state of its distant twin is instantaneously modified.
This effect leads to quantum nonlocality, the fact that the correlation between results of local measurements performed on these particles are so strong, that they could not have been obtained from any pair of classical systems, such as two computers. To cut a long story short, it is as if quantum particles live outside space-time – and experiments confirm this.
...
Alongside its contribution to our understanding of the foundations of quantum theory, this work raises novel questions in quantum information science. In particular, it will spark a debate on the role that entanglement and nonlocality play in quantum information processing tasks, such as in quantum cryptography and computation.
..."

  • 0
  • 1

En reference mere:

Universität Mainz. (2013, August 15). Quantum teleportation: Transfer of flying quantum bits at the touch of a button. ScienceDaily:
Citat: "...
What makes the experiment in Tokyo so different is the use of a hybrid technique. With its help, a completely deterministic and highly reliable quantum teleportation of photonic qubits has been achieved. The accuracy of the transfer was 79 to 82 percent for four different qubits. In addition, the qubits were teleported much more efficiently than in previous experiments, even at a low degree of entanglement.
...
In the Tokyo experiment, continuous entanglement was achieved by means of entangling many photons with many other photons. This meant that the complete amplitudes and phases of two light fields were quantum correlated. Previous experiments only had a single photon entangled with another single photon -- a less efficient solution.
...
This continuous entanglement was accomplished with the aid of so-called 'squeezed light', which takes the form of an ellipse in the phase space of the light field. Once entanglement has been achieved, a third light field can be attached to the transmitter. From there, in principle, any state and any number of states can be transmitted to the receiver.
[]
"In our experiment, there were precisely four sufficiently representative test states that were transferred from Alice to Bob using entanglement.
[]
Thanks to continuous entanglement, it was possible to transmit the photonic qubits in a deterministic fashion to Bob, in other words, in each run," added van Loock.
..."

  • 0
  • 1

Endnu en kvantemekanisk sammenfiltringsopskrift?:

April 2, 2014, Researchers Entangle Two Independent Photons with Different Frequencies:
Citat: "...
One alternative is to entangle photons coming from different sources. This can be done by sending two photons into a beam splitter and taking advantage of the quantum phenomenon of two-photon interference:
[]
If an observer behind the beam splitter cannot tell which path each individual photon took, their probabilistic outcomes can add up or cancel out, leaving those photons that exit the beam splitter through different ports in an entangled state. This effect has been the workhorse of the quantum photonics community for decades [2].
..."

  • 0
  • 0

Australian National University. (2016, December 1). 'Ghost imaging' with atoms demonstrated. ScienceDaily:
Citat: "...
Lead researcher Associate Professor Andrew Truscott from the ANU Research School of Physics and Engineering (RSPE) said the experiment relied on correlated pairs [kvantemekanisk sammenfiltrede!] of atoms.

The pairs were separated by around six centimetres and used to generate an image of the ANU logo.

"One atom in each pair was directed towards a mask with the letters 'ANU' cut-out," Associate Professor Truscott said.

"Only atoms that pass through the mask reach a 'bucket' detector placed behind the mask, which records a 'ping' each time an atom hits it.

The second atom in the pair records a 'ping' along with the atom's location on a second spatial detector.

"By matching the times of the 'pings' from pairs of atoms we were able to discard all atoms hitting the spatial detector whose partner had not passed through the mask.

"This allowed an image of 'ANU' to be recreated, even though -- remarkably -- the atoms forming the image on the spatial detector had never interacted with the mask. That's why the image is termed a 'ghost'."
...
"We might one day be able to detect in real time when a problem occurs in the manufacturing of a microchip or a nano device," Professor Baldwin said.

Co-author Dr Sean Hodgman said on a fundamental level, the research could also be a precursor to investigating entanglement between massive particles, which could help the development of quantum computation.

"This research could open up techniques to probe quantum entanglement, otherwise known as Einstein's spooky action at a distance," Dr Hodgman said.
..."

  • 0
  • 0