Квантын хүйн холбоо
Энтанглэд төлөвт орсон бөөмс нь хоорондоо хэчнээн өндөр уул, хэчнээн өргөн далай байсан хамаагүй хормын дотор бие биенээ мэдрэх дотоод сэрэхүйтэй.
Квантын энтанглэмэнтын талаар арай жаахан сериозны юм бичье. Уг текст нь замбараагүй, уйтгартай бж мэдэх ч дараа нь видео болгож гаргахад зориулан зохиол байдлаар сараачсан болно.
Хос бээлийг хоёр хайрцганд хийгээд, алинд нь аль нь бгааг мэдэхгүй болгож холино. Аль нэг хайрцгийг онгойлгож хараад нөгөө хайрцгийг онгойлголгүйгээр аль гарын бээлий бгааг мэдэж болно. Энэ бол классик ойлголт.
Квант дээр бол хар цагаан хоёр хос бээлийг тус тусад нь хайрцганд хийгээд холино, 4 хайрцаг байгаа гэсэн үг. Аль нэг хайрцганд нэг бол баруун эсвэл зүүн болон хар эсвэл цагаан бээлий бгаа. Хайрцаг онгойдоггүй ба дээрээ хоёр нүхтэй. Нэг нүхээр нь харахад баруун эсвэл зүүнийг мэдэж болдог, нөгөө нүх нь хар эсвэл цагааныг нь мэдэж болно. Хачирхалтай нь аль нэг нүхээр нь харахад нөгөө нүхээр харсан үр дүн эргээд тодорхойгүй (суперпозиц) болно. Өөрөөр хэлбэл эхлээд нэг нүхээр нь харахад хайрцганд баруун бээлий бсан гэж бодъё. Тэгээд нөгөө нүхээр харахад цагаан бээлий бж. Классикаар бол энэ хайрцганд баруун гарын цагаан бээлий бн гэж үзнэ. Гэтэл нөгөө нүхээр нь эргээд харахад бээлий баруун биш зүүн болчихсон бх боломжтой, энэ үед хар цагаан нь дахиад тодорхойгүй болно, ө.х. эргээд нөгөө нүхээр нь харахад хайрцганд цагаан биш хар бээлий бн гэж гарна гэсэн үг.
Дээрх нөхцөлд дөрвөн хайрцаг хоорондоо энтанглэд буюу нэгийх нь хэмжилт бусад хайрцгандахаа тодорхойлдог. Өөрөөр хэлбэл би нэг хайрцганд баруун бээлий бсан гэж хэмжвэл бусад хайрцганд нэг баруун, хоёр зүүн бээлий бгааг классик бдлаар мэдэж болох ч өнгөний мэдээлэл тодорхойгүй хэвээр үлдэнэ. Хоёр дах хайрцгийг харахад бас баруун байсан бол үлдсэн хоёр хайрцгийг хэмжих шаардлагагүйгээр баруун зүүн бгааг мэднэ. Гуравдах хайрцгийг хэмжихэд зүүн гарсан бол сүүлийн хайрцаг баруун байх нь тодорхой. Гэхдээ сүүлийн хайрцгийг хэмжихээс өмнө эхний хайрцгаа нөгөө нүхээр нь харахад цагаан бээлий бсан бол бусад гурван хайрцганд нэг цагаан, хоёр хар бгааг мэдчихнэ. Тэгээд сүүлийн хайрцганд баруун бх ёстой гээд хэмжингүүт зүүн бж бх боломжтой болчихож бгаам. Учир нь өнгийг хэмжих үед өмнөх бүх хэмжилтүүд эргээд тодорхойгүй болчихно.
Эндээс ямар юмных нь мэдээлэл дамжаад бгаа юм гэдэг дээр Эйнштэйн Боор хоёр удаан маргалдсан ч аль нь ч ялалгүй нас нөхчсөн юм. Энэ маргаан физик гэхээс илүү философийн маргаан мэт үргэлжилж байсан ч аврагуудын өнгөрснөөс төд удалгүй Белл гэх нөхөр энэ маргааныг хагалах физик аргыг нээсэнээр маргаан философийн биш, бодит физикийн асуудал болон хувирч, туршилтаар батлагдах боломжтой болсон. Инэгэд саяхан шахуу бодит туршилт хийгдэж, квантын механик үнэн болж, Боорын талд маргаан шийдэгдсэн юм. Хачирхалтай нь Эйнштэйний бас 100% буруу бгаагүй (квантын механик шигээ л юм болсон бгаам хаха).
Маргааныг хагалах арга нь хоорондоо энтанглэд хайрцгуудыг хэрхэн хэмжихээс шалтгаалж нөгөөгийнх нь төлөв нь өөрчлөгдөж байх ёстой байсан юм. Нэг нь баруун бол нөгөө нь зүүн байх нь тодорхой тул энд квантсаад бх юм алга, бүрэн классик бн гэж Эйнштэйн гөрдсөн бол Боор бууж өгөлгүй, аль нэгийг нь хэрхэн хэмжсэнээс нөгөөгийнх нь төлөвт өөрчлөлт орно гэсэн философилог аргументаа сөргүүлэн тавьсаар байсан.
Одоо бээлий биш электрон ч юм уу фотон гэх мэт жинхэнэ квант биетүүдийг авч үзье. Электронд эргэлт гэдэг төлөв байдаг. Баруун тийшээ, зүүн тийшээ, дээшээ, доошоо гэх мэт хүссэн чиглэлрүүгээ эргэж бж болно. Гэвч үүнийг нь хэмжихдээ бид аль нэг тэнхлэг сонгохоос өөр аргагүй болдог. Босоо тэнхлэгт хэмжихэд электроны спин нэг бол дээшээ, эсвэл доошоо л гарч ирнэ. Хэмжсэн электроны спин дээшээ гарч ирсэн блаа гэж бодъё. Энэ үед дахиад босоо тэнхлэгт хэмжихэд дээшээ л гарч ирнэ, 100%. Харин хэвтээ тэнхлэгт хэмжихэд 50:50% магадлалаар баруун, эсвэл зүүн гарч ирнэ. Ингээд дахиад босоо тэнхлэгт хэмжихэд спин маань доошоо гарч ирэх магадлал 50% болчихож бгаа юм. Нэг үгээр хоёр дахь хөндлөн тэнхлэгт хийсэн хэмжилт маань босоо тэнхлэгт хийсэн хэмжилтэд маань өөрчлөлт оруулчихаж бн.
Яг үүн шиг гэрэл буюу фотон ч бас дээрхтэй адил квант шинж чанартай бдаг. Энэ нь электроноос бага зэрэг ялгаатай ч санаа нь адилхан. Фотонд туйлшрал гэх ойлголт байх хэвтээ тэнхлэгт шүүхэд шүүлтүүрийг давах магадлал 50:50. Үүний дараа дахиад хэвтээ тэнхлэгт шүүхэд 100% нэвтрэнэ. Хэвтээ тэнхлэгийн шүүлтүүрийг давсан фотон босоо тэнхлэг шүүлтүүрийг нэвтрэх магадлал 0. Энэ нь бидний хэмжилт буюу шүүлтүүр маань нэвтэрсэн гэрлүүдийг өөрийн тэнхлэгийн дагуу туйлшруулж бн гэсэн үг юм.
Босоо шүүлтүүрийг давсан гэрэл диагональ шүүлтүүрийг давахад 50:50% магадлалтай болдог. Босоо хөндлөн хоёр шүүлтүүрээр гэрлийг дараалуулан шүүхэд эхний босоо шүүлтүүрийг давсан гарлүүд бүгд босоо туйлшралтай болох тул хөндлөн шүүлтүүр дээр 100% блоклогдоно. Гэвч дунд нь диагональ шүүлтүүр тавьсан тохиолдолд босоо шүүлтүүрийг давсан гэрэл диагоналийг 50% магадлалтай давахдаа диагональ туйлшралтай болох тул хөндлөн шүүлтүүрийг мөн л 50% магадлалтай буюу босоог давж орж ирсэн гэрлийн 25% нь нэвтрэнэ гэсэн үг юм. Энэ бол бид гэрлийг хэмжсэнээр шинж чанарт нь өөрчлөлт оруулж буйн шинж юм.
Босоо шүүлтүүрийг давсан гэрлүүдийг босоогоос 22.5° шүүлтүүрээр дахин нэвтрүүлэхэд нэвтлэх хувь 85% болдог. 22.5° гэдэг бол 0° болон 45° хоорондын өнцөг юм. 45° буюу диагональ шүүлтүүрийг босоо шүүлтүүр давсан фотон нэвтлэхдээ 50% бсан бол 22.5° дээр 85% болж бгаа нь санаанд оромгүй явдал юм. Уг нь 100% 50% хоёрын завсарт 75% байх юм шиг санагдана. Үүнийг квантын механикт магадлалын амплитудын аргаар боддог. Энэ нь тухайн шүүж буй тэнхлэг өмнөх шүүлтүүрээс θ өнцгөөр ялгаатай гэж үзвэл cos(θ) квадрат болдог. cos(0°) нь 1 ба 1² нь 1, тиймээс босоо тэнхлэгийн шүүлтүүрийг давсан гэрлийг дахин босоо тэнхлэгт шүүхэд давах магадлал 1 буюу 100%. cos(45°) нь 0.7 ба 0.7² нь 0.5 болно, энэ нь 50% гэсэн үг. cos(22.5°) нь 0.92 ба 0.92² нь 0.85 буюу 85% болж бн.
Дээрх туршилтыг энтанглэд фотоны хувьд хийе. Зарим шугаман бус оптик кристалууд гэрлийг долгионы уртаар нь хуваадаг. Жишээ нь цэнхэр фотоныг маш бага хувийг магадлалаар хоёр улаан фотон болгож хуваана. Энэ үед тухайн хоёр фотон хоорондоо энтанлэд байдаг. Бидний ашиглаж буй кристал гэрлийг ижил туйлшралтай болгож хуваадаг гэж үзье. Дээр дурдсанчлан аль нэг фотоны хувьд босоо тэнхлэгт шүүхэд давах магдлал 50%. Хэрвээ босоо тэнхлэгт шүүхэд давсан гэж үзвэл нөгөө фотон ч мөн босоо тэнхлэгийн шүүлтийг давах ёстой. Эсэргээрээ блоклогдсон бол нөгөө фотон ч мөн ижил тэнхлэгт блоклогдоно. Нэгийг нь босоо, нөгөөг нь хөндлөн тэнхлэгт шүүсэн гэе. Тус тусын хувьд нэвтрэх магдлалал 50% ч нэг нь блоклогдсон бол нөгөө нь 100% нэтлэнэ, нэг нь нэвтэлсэн бол нөгөө нь 100% блоклогдоно. Нэгийг нь босоо тэнхлэгт, нөгөөг нь диагоанль тэнхлэгт шүүсэн гэе. Тус тусын нэвтлэх магдлал 50% хэвээрээ. Харин нэг нь, жнь босоо тэнхлэгт шүүгдэж байгаа нь давсан гэвэл нөгөө энтанглэд фотон нь диаганаль филтерийг нэвтлэх магдлал 50% болно. Энэ хүртэл Эйнштэйний классик аргументтай яг таарч буй тул алиных нь зөв, алиных нь буруу болохыг мэдэх боломжгүй байсан. Нэг ёсондоо энэ хүртэл маргаан философийн шинжтэй байсан гэсэн үг. Харин Белл хэрвээ энтанлэд хоёр фотоноо хэмжихдээ нэгийг нь босоо, нөгөөг нь босоогоос 22.5° ялгаатай шүүлтүүрээр хэмжвэл маргааныг таслаж болохыг олж харжээ. Эйнштэйнийхээр бол дээр бидний бодож байсанчлан, босоо шүүлтүүрийг нэг фотон нь давсан гэж үзвэл нөгөө фотон нь 22.5° шүүлтүүрийг давах магадлал 75% байх ёстой байсан. Хэрвээ квантын механик үнэн бол нэг фотоныг шүүж байгаатай ижил буюу 85% магадлалтай давах ёстой. Ингээд бодит туршилтын үр дүн 85% гарч квантын механик үнэн болохыг баталсан юм. Жич: Белл фотон дээр биш, илүү ерөнхий нөхцөлд шалгах математик аргыг нь олсон.
Энтанглэд хоёр фотон хоорондоо хэмжилтийнхээ мэдээллийг агшин зуурт буюу гэрлээс хурдан дамжуулж байгааг нотлож байна. Гэвч үүгээр ашигтай буюу бодит мэдээлэл дамжуулах боломжгүй юм. Харин хоёр тал хоорондоо нууц түлхүүр солилцохдоо уг аргыг ашиглаж болох ба солилцсон түлхүүрийг дундаас нь авсан эсэхийг мэдэхэд ашиглаж болохыг квантын криптограф гэнэ. Мөн түүнчлэн энтанглэмэнтыг ашиглан квантын компьютер хийх боломжтой болж бн.
Квант дээр бол хар цагаан хоёр хос бээлийг тус тусад нь хайрцганд хийгээд холино, 4 хайрцаг байгаа гэсэн үг. Аль нэг хайрцганд нэг бол баруун эсвэл зүүн болон хар эсвэл цагаан бээлий бгаа. Хайрцаг онгойдоггүй ба дээрээ хоёр нүхтэй. Нэг нүхээр нь харахад баруун эсвэл зүүнийг мэдэж болдог, нөгөө нүх нь хар эсвэл цагааныг нь мэдэж болно. Хачирхалтай нь аль нэг нүхээр нь харахад нөгөө нүхээр харсан үр дүн эргээд тодорхойгүй (суперпозиц) болно. Өөрөөр хэлбэл эхлээд нэг нүхээр нь харахад хайрцганд баруун бээлий бсан гэж бодъё. Тэгээд нөгөө нүхээр харахад цагаан бээлий бж. Классикаар бол энэ хайрцганд баруун гарын цагаан бээлий бн гэж үзнэ. Гэтэл нөгөө нүхээр нь эргээд харахад бээлий баруун биш зүүн болчихсон бх боломжтой, энэ үед хар цагаан нь дахиад тодорхойгүй болно, ө.х. эргээд нөгөө нүхээр нь харахад хайрцганд цагаан биш хар бээлий бн гэж гарна гэсэн үг.
Дээрх нөхцөлд дөрвөн хайрцаг хоорондоо энтанглэд буюу нэгийх нь хэмжилт бусад хайрцгандахаа тодорхойлдог. Өөрөөр хэлбэл би нэг хайрцганд баруун бээлий бсан гэж хэмжвэл бусад хайрцганд нэг баруун, хоёр зүүн бээлий бгааг классик бдлаар мэдэж болох ч өнгөний мэдээлэл тодорхойгүй хэвээр үлдэнэ. Хоёр дах хайрцгийг харахад бас баруун байсан бол үлдсэн хоёр хайрцгийг хэмжих шаардлагагүйгээр баруун зүүн бгааг мэднэ. Гуравдах хайрцгийг хэмжихэд зүүн гарсан бол сүүлийн хайрцаг баруун байх нь тодорхой. Гэхдээ сүүлийн хайрцгийг хэмжихээс өмнө эхний хайрцгаа нөгөө нүхээр нь харахад цагаан бээлий бсан бол бусад гурван хайрцганд нэг цагаан, хоёр хар бгааг мэдчихнэ. Тэгээд сүүлийн хайрцганд баруун бх ёстой гээд хэмжингүүт зүүн бж бх боломжтой болчихож бгаам. Учир нь өнгийг хэмжих үед өмнөх бүх хэмжилтүүд эргээд тодорхойгүй болчихно.
Эндээс ямар юмных нь мэдээлэл дамжаад бгаа юм гэдэг дээр Эйнштэйн Боор хоёр удаан маргалдсан ч аль нь ч ялалгүй нас нөхчсөн юм. Энэ маргаан физик гэхээс илүү философийн маргаан мэт үргэлжилж байсан ч аврагуудын өнгөрснөөс төд удалгүй Белл гэх нөхөр энэ маргааныг хагалах физик аргыг нээсэнээр маргаан философийн биш, бодит физикийн асуудал болон хувирч, туршилтаар батлагдах боломжтой болсон. Инэгэд саяхан шахуу бодит туршилт хийгдэж, квантын механик үнэн болж, Боорын талд маргаан шийдэгдсэн юм. Хачирхалтай нь Эйнштэйний бас 100% буруу бгаагүй (квантын механик шигээ л юм болсон бгаам хаха).
Маргааныг хагалах арга нь хоорондоо энтанглэд хайрцгуудыг хэрхэн хэмжихээс шалтгаалж нөгөөгийнх нь төлөв нь өөрчлөгдөж байх ёстой байсан юм. Нэг нь баруун бол нөгөө нь зүүн байх нь тодорхой тул энд квантсаад бх юм алга, бүрэн классик бн гэж Эйнштэйн гөрдсөн бол Боор бууж өгөлгүй, аль нэгийг нь хэрхэн хэмжсэнээс нөгөөгийнх нь төлөвт өөрчлөлт орно гэсэн философилог аргументаа сөргүүлэн тавьсаар байсан.
Одоо бээлий биш электрон ч юм уу фотон гэх мэт жинхэнэ квант биетүүдийг авч үзье. Электронд эргэлт гэдэг төлөв байдаг. Баруун тийшээ, зүүн тийшээ, дээшээ, доошоо гэх мэт хүссэн чиглэлрүүгээ эргэж бж болно. Гэвч үүнийг нь хэмжихдээ бид аль нэг тэнхлэг сонгохоос өөр аргагүй болдог. Босоо тэнхлэгт хэмжихэд электроны спин нэг бол дээшээ, эсвэл доошоо л гарч ирнэ. Хэмжсэн электроны спин дээшээ гарч ирсэн блаа гэж бодъё. Энэ үед дахиад босоо тэнхлэгт хэмжихэд дээшээ л гарч ирнэ, 100%. Харин хэвтээ тэнхлэгт хэмжихэд 50:50% магадлалаар баруун, эсвэл зүүн гарч ирнэ. Ингээд дахиад босоо тэнхлэгт хэмжихэд спин маань доошоо гарч ирэх магадлал 50% болчихож бгаа юм. Нэг үгээр хоёр дахь хөндлөн тэнхлэгт хийсэн хэмжилт маань босоо тэнхлэгт хийсэн хэмжилтэд маань өөрчлөлт оруулчихаж бн.
Яг үүн шиг гэрэл буюу фотон ч бас дээрхтэй адил квант шинж чанартай бдаг. Энэ нь электроноос бага зэрэг ялгаатай ч санаа нь адилхан. Фотонд туйлшрал гэх ойлголт байх хэвтээ тэнхлэгт шүүхэд шүүлтүүрийг давах магадлал 50:50. Үүний дараа дахиад хэвтээ тэнхлэгт шүүхэд 100% нэвтрэнэ. Хэвтээ тэнхлэгийн шүүлтүүрийг давсан фотон босоо тэнхлэг шүүлтүүрийг нэвтрэх магадлал 0. Энэ нь бидний хэмжилт буюу шүүлтүүр маань нэвтэрсэн гэрлүүдийг өөрийн тэнхлэгийн дагуу туйлшруулж бн гэсэн үг юм.
Босоо шүүлтүүрийг давсан гэрэл диагональ шүүлтүүрийг давахад 50:50% магадлалтай болдог. Босоо хөндлөн хоёр шүүлтүүрээр гэрлийг дараалуулан шүүхэд эхний босоо шүүлтүүрийг давсан гарлүүд бүгд босоо туйлшралтай болох тул хөндлөн шүүлтүүр дээр 100% блоклогдоно. Гэвч дунд нь диагональ шүүлтүүр тавьсан тохиолдолд босоо шүүлтүүрийг давсан гэрэл диагоналийг 50% магадлалтай давахдаа диагональ туйлшралтай болох тул хөндлөн шүүлтүүрийг мөн л 50% магадлалтай буюу босоог давж орж ирсэн гэрлийн 25% нь нэвтрэнэ гэсэн үг юм. Энэ бол бид гэрлийг хэмжсэнээр шинж чанарт нь өөрчлөлт оруулж буйн шинж юм.
Босоо шүүлтүүрийг давсан гэрлүүдийг босоогоос 22.5° шүүлтүүрээр дахин нэвтрүүлэхэд нэвтлэх хувь 85% болдог. 22.5° гэдэг бол 0° болон 45° хоорондын өнцөг юм. 45° буюу диагональ шүүлтүүрийг босоо шүүлтүүр давсан фотон нэвтлэхдээ 50% бсан бол 22.5° дээр 85% болж бгаа нь санаанд оромгүй явдал юм. Уг нь 100% 50% хоёрын завсарт 75% байх юм шиг санагдана. Үүнийг квантын механикт магадлалын амплитудын аргаар боддог. Энэ нь тухайн шүүж буй тэнхлэг өмнөх шүүлтүүрээс θ өнцгөөр ялгаатай гэж үзвэл cos(θ) квадрат болдог. cos(0°) нь 1 ба 1² нь 1, тиймээс босоо тэнхлэгийн шүүлтүүрийг давсан гэрлийг дахин босоо тэнхлэгт шүүхэд давах магадлал 1 буюу 100%. cos(45°) нь 0.7 ба 0.7² нь 0.5 болно, энэ нь 50% гэсэн үг. cos(22.5°) нь 0.92 ба 0.92² нь 0.85 буюу 85% болж бн.
Дээрх туршилтыг энтанглэд фотоны хувьд хийе. Зарим шугаман бус оптик кристалууд гэрлийг долгионы уртаар нь хуваадаг. Жишээ нь цэнхэр фотоныг маш бага хувийг магадлалаар хоёр улаан фотон болгож хуваана. Энэ үед тухайн хоёр фотон хоорондоо энтанлэд байдаг. Бидний ашиглаж буй кристал гэрлийг ижил туйлшралтай болгож хуваадаг гэж үзье. Дээр дурдсанчлан аль нэг фотоны хувьд босоо тэнхлэгт шүүхэд давах магдлал 50%. Хэрвээ босоо тэнхлэгт шүүхэд давсан гэж үзвэл нөгөө фотон ч мөн босоо тэнхлэгийн шүүлтийг давах ёстой. Эсэргээрээ блоклогдсон бол нөгөө фотон ч мөн ижил тэнхлэгт блоклогдоно. Нэгийг нь босоо, нөгөөг нь хөндлөн тэнхлэгт шүүсэн гэе. Тус тусын хувьд нэвтрэх магдлалал 50% ч нэг нь блоклогдсон бол нөгөө нь 100% нэтлэнэ, нэг нь нэвтэлсэн бол нөгөө нь 100% блоклогдоно. Нэгийг нь босоо тэнхлэгт, нөгөөг нь диагоанль тэнхлэгт шүүсэн гэе. Тус тусын нэвтлэх магдлал 50% хэвээрээ. Харин нэг нь, жнь босоо тэнхлэгт шүүгдэж байгаа нь давсан гэвэл нөгөө энтанглэд фотон нь диаганаль филтерийг нэвтлэх магдлал 50% болно. Энэ хүртэл Эйнштэйний классик аргументтай яг таарч буй тул алиных нь зөв, алиных нь буруу болохыг мэдэх боломжгүй байсан. Нэг ёсондоо энэ хүртэл маргаан философийн шинжтэй байсан гэсэн үг. Харин Белл хэрвээ энтанлэд хоёр фотоноо хэмжихдээ нэгийг нь босоо, нөгөөг нь босоогоос 22.5° ялгаатай шүүлтүүрээр хэмжвэл маргааныг таслаж болохыг олж харжээ. Эйнштэйнийхээр бол дээр бидний бодож байсанчлан, босоо шүүлтүүрийг нэг фотон нь давсан гэж үзвэл нөгөө фотон нь 22.5° шүүлтүүрийг давах магадлал 75% байх ёстой байсан. Хэрвээ квантын механик үнэн бол нэг фотоныг шүүж байгаатай ижил буюу 85% магадлалтай давах ёстой. Ингээд бодит туршилтын үр дүн 85% гарч квантын механик үнэн болохыг баталсан юм. Жич: Белл фотон дээр биш, илүү ерөнхий нөхцөлд шалгах математик аргыг нь олсон.
Энтанглэд хоёр фотон хоорондоо хэмжилтийнхээ мэдээллийг агшин зуурт буюу гэрлээс хурдан дамжуулж байгааг нотлож байна. Гэвч үүгээр ашигтай буюу бодит мэдээлэл дамжуулах боломжгүй юм. Харин хоёр тал хоорондоо нууц түлхүүр солилцохдоо уг аргыг ашиглаж болох ба солилцсон түлхүүрийг дундаас нь авсан эсэхийг мэдэхэд ашиглаж болохыг квантын криптограф гэнэ. Мөн түүнчлэн энтанглэмэнтыг ашиглан квантын компьютер хийх боломжтой болж бн.
Comments
Post a Comment