Квантовая запутанность
Запутанность — пожалуй, самое поразительное свойство квантовой механики. Когда две частицы подготовлены в запутанном состоянии, результаты их измерений коррелированы таким образом, который не может воспроизвести ни одна классическая теория. Эйнштейн знаменито возражал против этого, называя явление «призрачным дальнодействием», и утверждал, что квантовая механика неполна и что скрытые переменные должны существовать для локального объяснения корреляций.
Теорема Белла
В 1964 году Джон Белл доказал, что любая теория, основанная на локальных скрытых параметрах, должна удовлетворять определённым ограничениям — ныне известным как неравенства Белла — на корреляции между измерениями в двух удалённых точках. Квантовая механика предсказывает корреляции, которые нарушают эти неравенства. Так философская дискуссия превращается в экспериментально проверяемое предсказание.
Тест CHSH
Версия CHSH неравенства Белла чаще всего проверяется экспериментально. Алиса и Боб выбирают между двумя настройками детектора (a, a' и b, b'). Для каждой пары настроек измеряют корреляцию E между их результатами. Параметр CHSH S = E(a,b) − E(a,b') + E(a',b) + E(a',b') ограничен |S| ≤ 2 для любой теории локальных скрытых параметров. Для запутанных синглетных состояний квантовая механика предсказывает E(a,b) = −cos(a−b), что может давать |S| до 2√2 ≈ 2,83.
Экспериментальное подтверждение
Начиная с эпохальных экспериментов Алена Аспе 1982 года, неравенство Белла было нарушено во всё более строгих тестах. «Безлазеечные» эксперименты 2015 года одновременно закрыли лазейки детектирования и локальности, практически не оставив места для объяснений через локальные скрытые параметры. В 2022 году Аспе, Клаузер и Цайлингер получили Нобелевскую премию по физике за экспериментальное подтверждение нарушения неравенств Белла.
Работа с симулятором
Задайте четыре угла детекторов и наблюдайте, как меняется параметр S. Углы по умолчанию дают явное нарушение. Индикатор S показывает, находитесь ли вы в классическом (зелёном) или квантовом (красном) режиме. Оптимальные углы для максимального нарушения: a=0, a'=45, b=22.5, b'=67.5. Запутанные пары испускаются из центрального источника к детекторам Алисы и Боба, и результаты измерений накапливаются со временем.