Квантовый мир — это решётка из связей: почему частицы не бывают одинокими ✛ ✎

Оригинал: "On the Quantum Structure"
· Dong-Sheng Wang
arXiv:1101.0503 · 2011-01-03 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Новая работа утверждает: квантовая механика описывает не отдельные частицы, а связи между ними в пространстве, которое назвали тангнет.

Плетёная корзина держит форму не потому, что у неё есть жёсткий каркас, а потому, что каждая лоза переплетена с соседними. Вытащи одну — и рисунок расползётся. Квантовая механика, если верить новой работе, устроена так же: её элементарные объекты не существуют по отдельности, а только в переплетении друг с другом.

Раньше физики описывали частицы как изолированные волны, а взаимодействие с окружением считали чем-то вторичным. Но автор статьи говорит: частица всегда купается в окружении, и это окружение — не шум, а часть самой частицы. Чтобы это описать, он строит новое пространство — тангнет. Это решётка, где узлы — состояния, а нити между ними — запутанность (особая квантовая связь, когда две частицы ведут себя как одно целое). Расстояние здесь измеряется не метрами, а силой связи. Элементарная ячейка такой решётки — кубит: две подсистемы, связанные так тесно, что у них нет ни внутреннего, ни внешнего.

Раньше запутанность считали хрупким ресурсом, который нужно защищать от окружения. Новая картина говорит: запутанность — это сама ткань реальности, а окружение вплетается в неё.

Практических применений у этой идеи пока нет, но она может помочь понять, почему наш классический мир выглядит устойчивым, хотя состоит из квантовых кирпичей. Корзина, с которой начался этот текст, не имеет выделенного центра и выделенного края. Так и тангнет: в нём нет ни внутреннего, ни внешнего, только узлы и нити.

Автор называет новое пространство «тангнет» (от английского tangle — запутывать), подчёркивая, что связи между узлами решётки отражают запутанность, а не геометрическое расстояние.

I = S_S + S_E - S_{SE} = 2S_E
Взаимная информация равна удвоенной энтропии окружения, что отражает полную корреляцию между системой и окружением.
I = I(S_1E_1:S_2E_2) - I(E_1:E_2) - I(E_1:S_2|E_2) - I(E_2:S_1|E_1)
Взаимная информация между системами получается вычитанием корреляций окружений из полной корреляции, что учитывает открытость каждой подсистемы.
|\psi\rangle_{AB} = \frac{1}{\sqrt{2}}(|0_A1_B\rangle - i|1_A0_B\rangle)
Запутанное состояние двух подсистем с относительной фазой, которое инвариантно относительно локальных преобразований и перестановок.
Учёные
William WoottersJohn Stewart BellErwin SchrödingerAlain AspectDavid DeutschSatyendra Nath Bose
Понятия
квантовая механика квант волновая функция состояние работа импульс классическая физика траектория физика корреляция гамильтонова механика импульсное пространство связь химия сеть время кубит вещество волна кривизна