Как распутать квантовую запутанность

Какого-либо сигнала, с помощью которого квантовые частицы обмениваются информацией, до настоящего времени не зафиксировано. В своих экспериментах Аспект регистрировал сверхсветовое взаимное влияние состояния одной частицы на состояние другой, но передачи информации при этом обнаружено не было. Тем не менее, явление запутанности позволяет в принципе организовать проведение эксперимента, который явным образом может трактоваться как демонстрация информационной сверхсветовой связи между частицами, что в свою очередь позволяет показать синхронность хода часов, движущихся друг относительно друга. Это означает, что утверждение СТО о том, что движущиеся часы отстают, – противоречит явлению нелокальности. Отсюда следует вывод, что между квантовой теорией и специальной теорией относительности существует неустранимое противоречие, касающееся скорости передачи взаимодействия и квантовой нелокальности.

Рассмотрим мысленный эксперимент [15, 11, 9, 10, 17], который показывает, что часы в движущихся друг относительно друга ИСО идут синхронно вопреки положениям СТО. Соберём экспериментальную установку из трёх ИСО: лабораторной (неподвижной) и двух ИСО А и В, движущихся навстречу друг другу с одинаковыми скоростями относительно неподвижной ИСО.

Рис.3 Две движущиеся инерциальные системы с точки зрения неподвижной ИСО. Источник запутанных фотонов неподвижен и фотоны из каждой пары приходят в движущиеся ИСО одновременно. Строенные стрелки-молнии указывают на точки, в которых находились фотоны в момент коллапса волновой функции.

Движение двух ИСО А и В с точки зрения неподвижной ИСО происходит в сторону источника запутанных фотонов S с одинаковой удаленности от него таким образом, что фотоны v₁ и v₂ из каждой пары достигают каждый своей ИСО одновременно.

Мы производим линейные измерения поляризации этих двух фотонов анализаторами I и II. Анализатор I в направлении a (справа налево) снабжен двумя датчиками и дает результаты + или -, если встречена линейная поляризации параллельная или перпендикулярная к a. Анализатор II в направлении b (слева направо) действует аналогично. Не трудно заметить, что установка в общих чертах соответствует мысленному эксперименту Эйнштейна-Подольского-Розена-Бома с фотонами, приведенному в статье Алена Аспекта [3, 5, 6, 2, 1].

Установим скорость сближения двух ИСО равной приблизительно 0,86с, что соответствует релятивистскому замедлению времени в 2 раза. Расстояние между ИСО А и В выберем таким, что каждая из ИСО достигнет источника фотонов S через 2 часа. Фотоны v₁ и v₂ достигают измерителей I или II, в результате чего происходит коллапс волновой функции, описывающей их состояние. Жёлтой линией условно показана нелокальная связь частиц, условный путь передачи так называемой «квантовой информации». При этом частицы приобретают собственные состояния (на рисунке это условно показано «молниями»).

В процессе движения этих ИСО показания измерительных приборов регистрируются на каком-либо носителе. Когда две ИСО сойдутся в точке размещения источника запутанных фотонов S, анализ полученных данных покажет [15], что часы в двух движущихся относительно друг друга ИСО идут синхронно. При этом СТО вынуждена дать предсказания о наступлении одного и того же события в двух разных местах. Эти два взаимоисключающих предсказания являются следствием предположения, что коллапс волновой функции происходит мгновенно независимо от расстояния между объектами. Мгновенная передача сигнала в СТО невозможна и собственно передачи сигнала в этом мысленном эксперименте не зарегистрировано, достигнуто лишь мгновенно-одновременное снятие показаний движущихся часов.

Все иллюстрации нарисованы автором.

Литература

:

1. Aspect A., Dalibard J., Roger G., Experimental Test of Bell’s Inequalities Using Time-Varying Analysers. – Phys. Rev. Lett. 49, 25, (1982). (http://kh.bu.edu/qcl/pdf/aspect_a1982707d6d64.pdf)

2. Aspect A., Grangier P., Roger G., Experimental Realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm Gedankenexperiment: A New Violation of Bell’s Inequalities. – Phys. Rev. Lett. 49, 2, (1982).

3. Aspect А. «Bell’s theorem: the naive view of an experimentalist», 2001,

(http://quantum3000.narod.ru/papers/edu/aspect_bell.zip)

4. Bell J.S., On the Einstein Podolsky Rosen paradox, Physics Vol.1, No.3, pp.198-200, 1964

5. Ален Аспект, Теорема Белла: наивный взгляд экспериментатора, (Пер. с англ. Путенихина П.В.), Квантовая Магия, 4, 2135 (2007).

http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL422007/p2135.html