Boli vykonané nové experimenty na testovanie mechanizmu kvantového zapletenia. Kvantový svet Prenos informácií o kvantovom prepletení

Kvantové previazanie je kvantový mechanický jav, ktorý sa v praxi začal skúmať pomerne nedávno – v 70. rokoch minulého storočia. Je to nasledovné. Predstavme si, že v dôsledku nejakej udalosti sa súčasne zrodili dva fotóny. Dvojicu kvantovo previazaných fotónov možno získať napríklad žiarením lasera s určitými charakteristikami na nelineárny kryštál. Vygenerované fotóny v páre môžu mať rôzne frekvencie (a vlnové dĺžky), ale súčet ich frekvencií sa rovná frekvencii pôvodného budenia. Majú tiež ortogonálne polarizácie v základe kryštálovej mriežky, čo uľahčuje ich priestorové oddelenie. Keď sa zrodí pár častíc, musia byť splnené zákony zachovania, čo znamená, že celkové charakteristiky (polarizácia, frekvencia) dvoch častíc majú vopred známu, presne definovanú hodnotu. Z toho vyplýva, že keď poznáme vlastnosti jedného fotónu, môžeme úplne presne poznať vlastnosti druhého fotónu. Podľa princípov kvantovej mechaniky je častica až do okamihu merania v superpozícii viacerých možných stavov a pri meraní sa superpozícia odstráni a častica skončí v jednom stave. Ak analyzujete veľa častíc, potom v každom stave bude určité percento častíc zodpovedajúce pravdepodobnosti tohto stavu v superpozícii.

Čo sa však stane so superpozíciou stavov zapletených častíc v momente merania stavu jednej z nich? Paradoxná a kontraintuitívna povaha kvantového zapletenia spočíva v tom, že charakteristika druhého fotónu je určená presne v momente, keď sme zmerali charakteristiku prvého. Nie, toto nie je teoretická konštrukcia, toto je krutá pravda sveta okolo nás, potvrdená experimentálne. Áno, znamená to prítomnosť interakcie, ku ktorej dochádza nekonečne vysokou rýchlosťou, ktorá dokonca presahuje rýchlosť svetla. Ako to využiť v prospech ľudstva, zatiaľ nie je veľmi jasné. Existujú nápady na aplikácie v kvantovej výpočtovej technike, kryptografii a komunikácii.

Vedcom z Viedne sa podarilo vyvinúť úplne novú a extrémne kontraintuitívnu zobrazovaciu techniku ​​založenú na kvantovej povahe svetla. V ich systéme je obraz tvorený svetlom, ktoré nikdy neinteragovalo s objektom. Technológia je založená na princípe kvantového previazania. Článok o tom bol publikovaný v časopise Nature. Na štúdii sa podieľali výskumníci z Inštitútu pre kvantovú optiku a kvantové informácie (IQOQI), Viedenského centra pre kvantovú vedu a techniku ​​(VCQ) a Viedenskej univerzity.

V experimente viedenských vedcov mal jeden z dvojice zapletených fotónov vlnovú dĺžku v infračervenej časti spektra a práve tento prešiel vzorkou. Jeho brat mal vlnovú dĺžku zodpovedajúcu červenému svetlu a mohol byť detekovaný kamerou. Lúč svetla generovaný laserom bol rozdelený na dve polovice a polovice boli nasmerované na dva nelineárne kryštály. Predmet bol umiestnený medzi dva kryštály. Bola to vyrezávaná silueta mačky - na počesť postavy špekulatívneho experimentu Erwina Schrödingera, ktorý už prešiel do folklóru. Smeroval naň infračervený lúč fotónov z prvého kryštálu. Potom tieto fotóny prešli cez druhý kryštál, kde sa fotóny, ktoré prešli obrazom mačky, zmiešali s čerstvo narodenými infračervenými fotónmi, takže bolo úplne nemožné pochopiť, v ktorom z dvoch kryštálov sa narodili. Navyše kamera vôbec nezaznamenala infračervené fotóny. Oba zväzky červených fotónov boli spojené a odoslané do prijímacieho zariadenia. Ukázalo sa, že vďaka efektu kvantového zapletenia uložili všetky informácie o objekte potrebné na vytvorenie obrazu.

Podobné výsledky priniesol experiment, pri ktorom na obrázku nebola nepriehľadná platňa s vyrezaným obrysom, ale objemový silikónový obrázok, ktorý neabsorboval svetlo, ale spomalil prechod infračerveného fotónu a vytvoril fázový rozdiel medzi fotónmi. prechádza cez rôzne časti obrazu. Ukázalo sa, že takáto plasticita ovplyvnila aj fázu červených fotónov, ktoré boli v stave kvantového zapletenia s infračervenými fotónmi, no nikdy neprešli cez obraz.

Čínsky satelit Micius vypustený minulý rok úspešne dokončil orbitálne testy a vytvoril nový rekord v kvantovej komunikácii. Vygeneroval pár zapletených fotónov, oddelil ich a súčasne preniesol do dvoch pozemných staníc vzdialených od seba 1203 km. Pozemné stanice potom využili efekt kvantovej teleportácie na výmenu zašifrovaných správ. Vypustenie takýchto satelitov potenciálne otvára možnosť vytvorenia globálnych komunikačných systémov chránených pred odpočúvaním na úrovni fyzikálnych princípov. Experiment už dostal názov „začiatok kvantového internetu“.

Zariadenie v hodnote približne 100 miliónov dolárov vzniklo v rámci projektu QUESS (Quantum Science Satellite), spoločnej iniciatívy Čínskej a Rakúskej akadémie vied. „Tento projekt má dokázať možnosť zavedenia kvantovej komunikácie v globálnom meradle,“ komentuje Anton Zeilinger, odborník na kvantovú fyziku z Viedenskej univerzity, ktorý ako prvý na svete vykonal kvantovú teleportáciu stavov zapletených fotónov. .

Teleportácia kvantová a fantastická

Pojem „teleportácia“ môže byť zavádzajúci. V kvantových systémoch to znamená prenos informácií medzi vopred vygenerovanými pármi spojených častíc, to znamená, že sa vyznačujú spoločnou vlnovou funkciou. V tomto prípade nedochádza k prenosu hmoty alebo energie a nie je narušená všeobecná relativita. Podstatou kvantovej teleportácie je využitie vzájomne prepojených kvantových stavov zapletených častíc na zakódovanie a okamžitý prenos informácií. Meranie (teda zmena) vlastností jednej častice okamžite zmení vlastnosti druhej, bez ohľadu na to, v akej vzdialenosti sa nachádzajú.

Satelit s hmotnosťou viac ako 600 kg bol vypustený na synchrónnu obežnú dráhu so slnkom vo výške 494,8 – 511,1 km pomocou nosnej rakety Long March 2D (známej aj ako Dlhý pochod alebo „Dlhý pochod“) vypustenej z Jiuquan. Centrum spustenia satelitov 16. augusta 2016. Po dlhých mesiacoch testovania bol presunutý do Čínskej akadémie vied.

Orbitálne parametre boli zvolené tak, aby sa satelit objavoval každú noc na rovnakom mieste. Pozemné stanice sledovali satelit a nadviazali s ním optické komunikačné spojenia na príjem jednotlivých zapletených fotónov. Satelit monitorovali tri optické teleskopy v Deling, Lijiang a Nanshan. Družici sa podarilo nadviazať spojenie so všetkými tromi pozemnými stanicami.

Podľa plánu sa Micius stane prvým zariadením v globálnej kvantovej komunikačnej sieti, ktorú má Čína v úmysle vytvoriť do roku 2030. Jednou z úloh jeho vedeckej misie je kvantový prenos informácií cez komunikačný kanál chránený pred odpočúvaním medzi Pekingom a Viedňou. Na tento účel je satelit vybavený experimentálnym zariadením: žiaričom párov zapletených fotónov a vysokorýchlostným koherentným laserovým vysielačom.

Mimochodom, satelit Micius (v inom prepise - Mozi) je pomenovaný po starom čínskom filozofovi Mo Tzu. Podľa popredného špecialistu na vývoj Miciusa, akademika Jian-Wei Pana z Čínskej univerzity vedy a techniky, jeho krajan Mo Tzu opísal povahu šírenia svetla ešte pred naším letopočtom, čo dalo podnet k rozvoju optické komunikácie. Nechajme národné nároky na prvenstvo v optike mimo rámca tohto článku a pozrime sa, čím je záznam taký zaujímavý, a zároveň sa pokúsme pochopiť základy kvantovej komunikácie.

čínsko-rakúska dohoda

Nie náhodou sa do projektu zapojilo Rakúsko: práve skupine fyzikov z rakúskej univerzity v Innsbrucku sa v roku 1997 ako prvému podarilo demonštrovať kvantovú teleportáciu štátov v páre zapletených fotónov.

Moderná Čína má tiež zaujímavú históriu vývoja kvantovej komunikácie. V roku 2005 sa vedcom z University of Science and Technology of China podarilo preniesť kvantový stav zapletených častíc na vzdialenosť 7 km pod holým nebom. Neskôr sa pomocou na mieru vyrobeného optického vlákna táto vzdialenosť zvýšila na 400 km. Prvýkrát sa prenos zapletených fotónov cez atmosféru a na značnú vzdialenosť podaril aj fyzikom z Čínskej univerzity vedy a techniky a Pekingskej univerzity Tsinghua. V máji 2010 úspešne preniesli pár zapletených fotónov na vzdialenosť 16 km (pozri Nature Photonics).

Komunikácia z optických vlákien alebo priamej viditeľnosti je potrebná iba na počiatočné oddelenie zapletených fotónov. Následne sa informácie o zmenách ich kvantového stavu prenášajú okamžite a bez ohľadu na vzdialenosť. Preto okrem tradične uvádzaných výhod kvantového prenosu dát (vysoká hustota kódovania, rýchlosť a bezpečnosť od odpočúvania) si Zeilinger všíma ešte jednu dôležitú vlastnosť: kvantová teleportácia je možná aj v prípade, keď je presná vzájomná poloha prijímača a vysielača neznámy. Toto je obzvlášť dôležité pre satelitné komunikačné systémy, pretože vzájomné pozície sieťových uzlov v nich sa neustále menia.

V novom experimente s použitím Miciusu si laboratóriá nachádzajúce sa v hlavných mestách Číny a Rakúska navzájom prenášali správu zašifrovanú Vernamovou šifrou cez otvorené pozemné kanály. Ako kryptografický kľúč boli použité výsledky merania kvantových vlastností párov zapletených fotónov prijatých zo satelitu.

Je zrejmé, že prijímať miliardy fotónov na Zemi aj zo vzdialeného Slnka nie je problém. Každý to môže urobiť za slnečného dňa jednoduchým vystúpením z tieňa. Súčasné zistenie určitého páru zapletených fotónov zo satelitu v dvoch rôznych laboratóriách a meranie ich kvantových vlastností je mimoriadne náročná technická úloha. Na vyriešenie tohto problému použil projekt QUESS adaptívnu optiku. Neustále meria mieru skreslenia spôsobeného turbulenciou v zemskej atmosfére a kompenzuje ho. Okrem toho sa na odrezanie mesačného a mestského osvetlenia použili optické filtre. Bez nich bolo v optickej komunikačnej linke príliš veľa šumu.

Každý prelet satelitu nad čínskym územím trval iba 275 sekúnd. Počas tejto doby bolo potrebné súčasne nainštalovať dva výstupné kanály z neho. V prvej sérii experimentov - medzi Delingou a Nanshanom (vzdialenosť 1120 km). V druhom - medzi Delinga a Lijian (1203 km). V oboch experimentoch boli páry zapletených fotónov úspešne prijaté zo satelitu a bezpečný komunikačný kanál bol funkčný.

Toto sa považuje za prelomové z niekoľkých dôvodov. Po prvé, Micius bol prvým úspešným experimentom v satelitnej kvantovej komunikácii. Doteraz sa všetky takéto experimenty vykonávali v pozemných laboratóriách, kde sa prijímač a vysielač nachádzali v oveľa kratších vzdialenostiach od seba. Po druhé, ďalšie experimenty vyžadovali použitie nejakého druhu izolovaného média na prenos zapletených fotónov. Napríklad komunikačné linky z optických vlákien. Po tretie, v kvantovej komunikácii sa jednotlivé fotóny prenášajú a detegujú cez optické vlákno a satelit zvyšuje efektívny výmenný kurz.

Kvantová komunikácia v Rusku

Od roku 2014 sa v Rusku rozbieha projekt v oblasti pozemných kvantových komunikácií. Investície do nej presahujú 450 miliónov rubľov, ale praktický výstup je stále veľmi skromný. Pracovníci ruského kvantového centra spustili 31. mája 2016 prvú domácu kvantovú komunikačnú linku. Vytvorená na základe existujúcej siete optických vlákien prepojila dve pobočky Gazprombank v Moskve – na Koroviy Val a v Novom Cheryomushki. Vzdialenosť medzi týmito budovami je asi 30 km. Ruská kvantová komunikačná linka zatiaľ funguje ako experimentálna.

Signál z Micius putoval atmosférou a súčasne ho prijímali dve pozemné stanice. „Ak by sme použili 1200 km optického vlákna na distribúciu párov zapletených fotónov na Zemi, potom by sme v dôsledku straty výkonu signálu so vzdialenosťou mohli prenášať iba jeden pár za sekundu. Satelit pomáha prekonať túto bariéru. Už sme zlepšili rýchlosť distribúcie o 12 rádov v porovnaní s predchádzajúcimi technológiami,“ hovorí Jian-Wei Pan.

Kvantový prenos dát cez satelit otvára možnosť budovania globálnych komunikačných systémov, ktoré sú maximálne chránené pred odpočúvaním na úrovni fyzikálnych princípov. „Toto je prvý krok k celosvetovej bezpečnej kvantovej komunikácii a možno aj kvantovému internetu,“ hovorí Anton Zeilinger.

Paradoxom tohto úspechu je, že ani autori projektu nepoznajú všetky podrobnosti o fungovaní kvantového komunikačného systému. Existujú len pracovné hypotézy, ich experimentálne testovanie a dlhé debaty o správnej interpretácii získaných výsledkov. Často sa to stáva: najprv sa jav objaví, potom sa aktívne používa a až po dlhom čase je niekto schopný pochopiť jeho podstatu. Primitívni ľudia vedeli zakladať oheň, ale nikto z nich nerozumel fyzikálnym a chemickým procesom horenia. Museli sme im porozumieť, aby sme urobili kvalitný prechod z ohňa na spaľovací motor a raketový motor.

Kvantová teleportácia je v každom zmysle úplne mätúca vec. Pokúsme sa abstrahovať od zložitých vzorcov a neviditeľných pojmov a pochopiť jeho základy. Pomôžu nám v tom starí známi - spolubesedníci Alice, Bob a Malory, ktorá ich neustále odpočúva.

Ako Alice a Bob obkľúčili Mallory

V bežnom komunikačnom systéme je Malorymu pridelená rola „muža uprostred“. Nenápadne sa vklíni do prenosovej linky, zachytí správu od Alice, prečíta ju, ak je to žiaduce, tiež ju zmení a odovzdá Bobovi. Naivný Bob nič netuší. Malory teda vezme jeho odpoveď, urobí si s ňou, čo chce, a pošle ju Alici. Takto je kompromitovaná všetka korešpondencia, telefonické rozhovory a akýkoľvek iný klasický typ komunikácie. Pri kvantovej komunikácii je to v princípe nemožné. prečo?

Na vytvorenie kryptografického kľúča tam Alice a Bob najprv použijú sériu meraní na pároch zapletených fotónov. Výsledky týchto meraní sa potom stanú kľúčom na šifrovanie a dešifrovanie správ odosielaných cez akýkoľvek otvorený kanál. Ak Malory zachytí zapletené fotóny, zničí kvantový systém a obaja partneri o tom budú okamžite vedieť. Malory by fyzicky nebol schopný preniesť tie isté fotóny, pretože by to porušilo princíp kvantovej mechaniky známy ako „pravidlo bez klonovania“.

Deje sa tak preto, lebo vlastnosti makro- a mikrosveta sú radikálne odlišné. Akýkoľvek makro objekt vždy existuje vo veľmi špecifickom stave. Tu je kus papiera, leží tam. Tu bol vložený do obálky a zaslaný leteckou poštou. Akýkoľvek parameter papierovej správy môžeme kedykoľvek zmerať a nijako to neovplyvní jej podstatu. Nezmení svoj obsah vplyvom váženia či röntgenu a nepoletí rýchlejšie v radarovom lúči, ktorým meriame rýchlosť lietadla.

To neplatí pre elementárne častice. Sú popisované ako pravdepodobnostné stavy kvantového systému a akékoľvek meranie ho prenáša do presne definovaného stavu, teda mení ho. Samotný vplyv merania na výsledok dobre nezapadá do zaužívaného svetonázoru. Z praktického hľadiska je to však zaujímavé, pretože stav prenášaného kvantového systému nemožno tajne poznať. Pokus zachytiť a prečítať takúto správu ju jednoducho zničí. Preto sa verí, že kvantová komunikácia úplne eliminuje možnosť útoku MitM.

Akékoľvek elementárne častice sú teoreticky vhodné na prenos kvantových údajov. Predtým sa experimenty vykonávali s elektrónmi, protónmi a dokonca aj iónmi rôznych kovov. V praxi je zatiaľ najvýhodnejšie použiť fotóny. Ľahko sa vydávajú a registrujú. Na tradičný prenos dát už existujú hotové zariadenia, protokoly a celé optické siete. Rozdiel medzi kvantovými komunikačnými systémami je v tom, že sa do nich musia prenášať páry predtým zapletených fotónov.

Ako sa nenechať zmiasť v dvoch fotónoch

Prepletenie elementárnych častíc vyvoláva vášnivé debaty o princípe lokality – postulátu, že na interakciách sa zúčastňujú iba objekty dostatočne blízko seba. Na tomto princípe sú založené všetky experimentálne testy v klasickej mechanike. Výsledok akéhokoľvek experimentu v ňom závisí len od priamo interagujúcich telies a dá sa vopred presne vypočítať. Počet pozorovateľov to tiež nijako neovplyvní. V prípade kvantovej mechaniky takáto istota neexistuje. Nedá sa napríklad dopredu povedať, aká bude polarizácia jedného zo zamotaných fotónov.

Einstein opatrne naznačil, že pravdepodobnostná povaha predpovedí kvantovej mechaniky sa vysvetľuje prítomnosťou niektorých skrytých parametrov, to znamená banálnou neúplnosťou popisu. O tridsať rokov neskôr Bell reagoval vytvorením série nerovností, ktoré by teoreticky mohli potvrdiť prítomnosť skrytých parametrov v experimentoch s kvantovými časticami analýzou rozdelenia pravdepodobnosti v sérii experimentov. Alain Aspe a potom ďalší experimentátori preukázali porušenie Bellových nerovností.

V roku 2003 teoretický fyzik z University of Illinois Tony Leggett zhrnul nahromadené údaje a navrhol úplne opustiť princíp lokality v akomkoľvek uvažovaní o kvantových systémoch. Neskôr skupina vedcov z Zürich Institute for Theoretical Physics a Institute of Applied Physics na Technickej univerzite v Darmstadte pod vedením Rogera Kohlbecka dospela k záveru, že Heisenbergov princíp je nesprávny aj pre zapletené elementárne častice.

K tomuto neustálemu prehodnocovaniu kvantovej mechaniky dochádza, pretože sa snažíme myslieť známymi pojmami v neznámom prostredí. Zapletené stavy častíc a najmä fotónov nie sú vôbec mystickou vlastnosťou. Neporušuje, ale skôr dopĺňa známe fyzikálne zákony. Len samotní fyzici ešte nedokážu opísať pozorované účinky v konzistentnej teórii.

Kvantové zapletenie bolo pozorované v experimentoch od 70. rokov 20. storočia. Páry vopred zapletených častíc oddelené na ľubovoľnú vzdialenosť okamžite (t. j. rýchlejšie ako rýchlosť svetla) navzájom menia svoje vlastnosti – preto sa nazýva „teleportácia“. Ak napríklad zmeníte polarizáciu jedného fotónu, jeho pár okamžite zmení svoj vlastný. Zázrak? Áno, ak si nepamätáte, že pôvodne boli tieto fotóny jeden celok a po oddelení sa ukázalo, že ich polarizácia a ďalšie vlastnosti sú tiež vzájomne prepojené.

Určite si pamätáte na duplicitu fotónu: interaguje ako častica, ale šíri sa ako vlna. Existujú rôzne techniky na vytvorenie páru zapletených fotónov, z ktorých jedna je založená na vlnových vlastnostiach. Vygeneruje jeden fotón s kratšou vlnovou dĺžkou (napríklad 512 nm) a potom sa rozdelí na dva fotóny s dlhšou vlnovou dĺžkou (1024 nm). Vlnová dĺžka (frekvencia) takýchto fotónov je rovnaká a všetky kvantové vlastnosti páru sú opísané pravdepodobnostným modelom. „Zmena“ v mikrokozme znamená „meranie“ a naopak.

Fotónová častica má kvantové čísla - napríklad helicitu (kladnú alebo zápornú). Fotónová vlna má polarizáciu - napríklad horizontálnu alebo vertikálnu (alebo ľavú a pravú kruhovú - podľa toho, ktorú rovinu a smer pohybu uvažujeme).

Aké budú tieto vlastnosti pre každý fotón z páru, nie je vopred známe (pozri pravdepodobnostné princípy kvantovej mechaniky). Ale v prípade zapletených fotónov môžeme povedať, že to bude naopak. Preto, ak zmeníte (zmeriate) charakteristiky jedného fotónu z páru, okamžite sa stanú určenými pre druhý, aj keď sa nachádza 100 500 parsekov ďaleko. Je dôležité pochopiť, že nejde len o odstránenie neznámeho. Ide práve o zmenu kvantových vlastností častíc v dôsledku prechodu z pravdepodobnostného stavu do deterministického.

Hlavnou technickou výzvou nie je vytváranie zapletených párov fotónov. Takmer každý svetelný zdroj ich produkuje neustále. Dokonca aj žiarovka vo vašej izbe vyžaruje milióny zapletených fotónov. Sotva ho však možno nazvať kvantovým zariadením, keďže v takomto chaose kvantová spleť zrodených párov rýchlo mizne a nespočetné množstvo interakcií bráni efektívnemu prenosu informácií.

Experimenty s kvantovým previazaním fotónov zvyčajne využívajú vlastnosti nelineárnej optiky. Napríklad, ak zažiarite laserom na kúsok niobátu lítneho alebo iného nelineárneho kryštálu vyrezaného určitým spôsobom, potom sa objavia páry fotónov so vzájomne ortogonálnou (to znamená horizontálnou a vertikálnou) polarizáciou. Jeden (ultra)krátky laserový impulz je striktne jeden pár fotónov. V tom je to kúzlo!

Dodatočný bonus kvantového prenosu dát

Helicita, polarizácia sú všetky ďalšie spôsoby kódovania signálu, takže jedným fotónom možno preniesť viac ako jeden bit informácie. Takto kvantové komunikačné systémy zvyšujú hustotu a rýchlosť prenosu dát.

Použitie kvantovej teleportácie na prenos informácií je stále príliš ťažké, ale pokrok v tejto oblasti rýchlo napreduje. Prvá úspešná skúsenosť bola zaznamenaná v roku 2003. Zeilingerova skupina vykonala prenos kvantových stavov zapletených častíc vzdialených 600 m. V roku 2010 skupina Jian-Wei Pana zvýšila túto vzdialenosť na 13 km a následne v roku 2012 prekonala svoj vlastný rekord, keď zaznamenala úspešnú kvantovú teleportáciu na vzdialenosť 97 km . V tom istom roku 2012 sa Zeilinger pomstil a zvýšil vzdialenosť na 143 km. Teraz spoločným úsilím urobili skutočný prielom - dokončili prenos 1203 km.

Kvantové zapletenie alebo „strašidelné pôsobenie na diaľku“, ako to nazval Albert Einstein, je kvantový mechanický jav, v ktorom sú kvantové stavy dvoch alebo viacerých objektov vzájomne závislé. Táto závislosť pretrváva, aj keď sú objekty od seba vzdialené veľa kilometrov. Môžete napríklad zamotať pár fotónov, jeden z nich preniesť do inej galaxie a potom zmerať rotáciu druhého fotónu – a ten bude opačný ako rotácia prvého fotónu a naopak. Pokúšajú sa prispôsobiť kvantové zapletenie na okamžitý prenos údajov na obrovské vzdialenosti alebo dokonca na teleportáciu.

Moderné počítače poskytujú pomerne veľa príležitostí na simuláciu širokej škály situácií. Akékoľvek výpočty však budú do určitej miery „lineárne“, pretože sa riadia jasne definovanými algoritmami a nemôžu sa od nich odchýliť. A tento systém neumožňuje simulovať zložité mechanizmy, v ktorých je náhodnosť takmer konštantným javom. Ide o simuláciu života. Aké zariadenie to dokáže? Kvantový počítač! Práve na jednom z týchto strojov bol spustený najväčší projekt na simuláciu kvantového života.

Tím fyzikov a matematikov urobil významný krok smerom k zjednoteniu všeobecnej teórie relativity a kvantovej mechaniky a vysvetlil, ako časopriestor prechádza z kvantového zapletenia do zásadnejšej teórie.

· Kvantová chromodynamika · Štandardný model · Kvantová gravitácia

Kvantové zapletenie(pozri časť „“) - kvantový mechanický jav, pri ktorom sa kvantové stavy dvoch alebo viacerých objektov ukážu ako vzájomne závislé. Takáto vzájomná závislosť pretrváva aj vtedy, ak sú tieto objekty oddelené v priestore za hranicami akýchkoľvek známych interakcií, čo je v logickom rozpore s princípom lokality. Môžete napríklad získať pár fotónov, ktoré sú v zapletenom stave, a ak sa potom pri meraní rotácie prvej častice ukáže, že helicita je pozitívna, potom sa helicita druhej častice vždy ukáže ako negatívna. , a naopak.

História štúdia

Spor medzi Bohrom a Einsteinom, EPR-Paradox

V pokračujúcej diskusii v roku 1935 Einstein, Podolsky a Rosen sformulovali EPR paradox, ktorý mal ukázať neúplnosť navrhovaného modelu kvantovej mechaniky. Ich článok „Môže byť kvantový mechanický popis fyzickej reality považovaný za úplný? bol publikovaný v čísle 47 časopisu Physical Review.

V EPR paradoxe bol mentálne porušený Heisenbergov princíp neurčitosti: v prítomnosti dvoch častíc, ktoré majú spoločný pôvod, je možné zmerať stav jednej častice a z nej predpovedať stav druhej častice, na ktorej sa meranie neuskutočnilo. ešte bol vyrobený. Pri analýze takýchto teoreticky vzájomne závislých systémov v tom istom roku ich Schrödinger nazval „zapletenými“ (angl. zapletený). Neskôr angličtina zapletený a angličtina zapletenie sa stali bežnými pojmami v publikáciách v anglickom jazyku. Treba poznamenať, že samotný Schrödinger považoval častice za zapletené len dovtedy, kým spolu fyzicky interagovali. Pri pohybe za hranice možných interakcií zapletenie zmizlo. To znamená, že význam pojmu v Schrödingerovi sa líši od toho, čo sa v súčasnosti chápe.

Einstein nepovažoval EPR paradox za opis akéhokoľvek skutočného fyzikálneho javu. Bol to práve mentálny konštrukt vytvorený na demonštráciu rozporov princípu neurčitosti. V roku 1947 v liste Maxovi Bornovi nazval toto spojenie medzi zapletenými časticami „strašidelná akcia na diaľku“ (nemčina). spukhafte Fernwirkung, Angličtina strašidelná akcia na diaľku v Bornovom preklade):

Preto tomu nemôžem uveriť, keďže (táto) teória je nezlučiteľná so zásadou, že fyzika by mala odrážať realitu v čase a priestore, bez (nejakých) strašidelných efektov na veľké vzdialenosti.

Pôvodný text(nemčina)

Ich kann aber deshalb nicht ernsthaft daran glauben, weil die Theorie mit dem Grundsatz unvereinbar ist, dass die Physik eine Wirklichkeit in Zeit und Raum darstellen soll, ohne spukhafte Fernwirkungen.

- „Zapletené systémy: nové smery v kvantovej fyzike“

Bohr už v budúcom čísle Fyzického prehľadu uverejnil svoju odpoveď v článku s rovnakým názvom ako autori paradoxu. Bohrovi priaznivci považovali jeho odpoveď za uspokojivú a samotný paradox EPR bol spôsobený nepochopením podstaty „pozorovateľa“ v kvantovej fyzike Einsteinom a jeho podporovateľmi. Vo všeobecnosti väčšina fyzikov jednoducho ustúpila od filozofických zložitostí Kodanskej interpretácie. Schrödingerova rovnica fungovala, predpovede sa zhodovali s výsledkami a v rámci pozitivizmu to stačilo. Gribbin o tom píše: „Na to, aby sa vodič dostal z bodu A do bodu B, nemusí vedieť, čo sa deje pod kapotou jeho auta. Gribbin použil slová Feynmana ako epigraf svojej knihy:

Myslím, že môžem zodpovedne prehlásiť, že kvantovej mechanike nikto nerozumie. Ak je to možné, prestaňte sa pýtať sami seba: „Ako je to možné?“ – pretože vás zavedú do slepej uličky, z ktorej ešte nikto neutiekol.

Bellove nerovnosti, experimentálne testy nerovností

Tento stav sa ukázal ako málo úspešný pre rozvoj fyzikálnej teórie a praxe. „Zapletenie“ a „strašidelné efekty na diaľku“ boli ignorované takmer 30 rokov, kým sa o ne nezačal zaujímať írsky fyzik John Bell. Inšpirovaný Bohmovými myšlienkami (pozri teóriu De Broglie-Bohm), Bell pokračoval v analýze EPR paradoxu av roku 1964 formuloval svoje nerovnosti. Celkom zjednodušením matematických a fyzikálnych komponentov môžeme povedať, že Bellova práca viedla k dvom jasne rozpoznateľným situáciám v štatistických meraniach stavov zapletených častíc. Ak sú stavy dvoch zapletených častíc určené v momente oddelenia, potom musí platiť jedna Bellova nerovnosť. Ak sú stavy dvoch zapletených častíc pred meraním stavu jednej z nich neurčené, potom musí platiť ďalšia nerovnosť.

Bellove nerovnosti poskytli teoretický základ pre možné fyzikálne experimenty, ale od roku 1964 ich technický základ ešte neumožňoval. Prvé úspešné experimenty na testovanie Bellových nerovností vykonal Clauser (Angličtina) ruský a Friedman v roku 1972. Výsledky naznačujú neistotu stavu páru zapletených častíc pred meraním jednej z nich. Napriek tomu až do 80. rokov minulého storočia väčšina fyzikov považovala kvantové zapletenie za „nie nový neklasický zdroj, ktorý možno využiť, ale skôr za zmätok čakajúci na konečné objasnenie“.

Po experimentoch Clauserovej skupiny však nasledovali experimenty Aspe (Angličtina) ruský v roku 1981. V klasickom Aspeho experimente (pozri) sú zo zdroja emitované dva prúdy fotónov s nulovým celkovým spinom S, boli poslané do Nicolasových hranolov a A b. V nich sa v dôsledku dvojlomu polarizácie každého fotónu rozdelili na elementárne, po ktorých boli lúče nasmerované na detektory D+ A D–. Signály z detektorov cez fotonásobiče sa dostali do záznamového zariadenia R, kde bola vypočítaná Bellova nerovnosť.

Výsledky získané v experimentoch Friedmann-Klauser a Aspe jasne hovorili v prospech absencie einsteinovského lokálneho realizmu. „Strašidelná akcia na diaľku“ z myšlienkového experimentu sa konečne stala fyzikálnou realitou. Posledná rana pre lokalitu prišla v roku 1989 s viacnásobne prepojenými štátmi Greenberger-Horn-Zeilinger. (Angličtina) ruský ktorý položil základ pre kvantovú teleportáciu. V roku 2010 John Clauser (Angličtina) ruský , Alain Aspe (Angličtina) ruský a Anton Zeilinger boli ocenení Wolfovou cenou za fyziku „za zásadný koncepčný a experimentálny prínos k základom kvantovej fyziky, najmä za sériu čoraz zložitejších testov Bellových nerovností (alebo rozšírených verzií týchto nerovností) pomocou zapletených kvantových stavov“.

Moderné javisko

V roku 2008 sa skupine švajčiarskych výskumníkov zo Ženevskej univerzity podarilo roztiahnuť dva prúdy zapletených fotónov na vzdialenosť 18 kilometrov. Okrem iného to umožnilo robiť merania času s predtým nedosiahnuteľnou presnosťou. V dôsledku toho sa zistilo, že ak dôjde k nejakému druhu skrytej interakcie, potom rýchlosť jej šírenia musí byť aspoň 100 000-krát vyššia ako rýchlosť svetla vo vákuu. Pri nižších rýchlostiach by bolo badať časové oneskorenia.

V lete toho istého roku ďalšia skupina výskumníkov z rakúskeho (Angličtina) ruský , vrátane Zeilingera, sa podarilo zinscenovať ešte väčší experiment a šíriť prúdy zapletených fotónov na vzdialenosť 144 kilometrov medzi laboratóriami na ostrovoch La Palma a Tenerife. Spracovanie a analýza takéhoto rozsiahleho experimentu pokračuje, posledná verzia správy bola zverejnená v roku 2010. V tomto experimente sa podarilo vylúčiť možný vplyv nedostatočnej vzdialenosti medzi objektmi v čase merania a nedostatočnej voľnosti výberu nastavení merania. V dôsledku toho sa opäť potvrdilo kvantové zapletenie a tým aj nelokálna povaha reality. Je pravda, že zostáva ešte tretí možný vplyv – celá vzorka nestačí. Experiment, pri ktorom sú súčasne eliminované všetky tri potenciálne vplyvy, je od septembra 2011 záležitosťou budúcnosti.

Väčšina experimentov so zamotanými časticami využíva fotóny. Vysvetľuje sa to relatívnou ľahkosťou získavania zapletených fotónov a ich prenosu do detektorov, ako aj binárnou povahou meraného stavu (kladná alebo záporná helicita). Fenomén kvantového zapletenia však existuje aj pre iné častice a ich stavy. V roku 2010 medzinárodný tím vedcov z Francúzska, Nemecka a Španielska získal a študoval zapletené kvantové stavy elektrónov, teda častíc s hmotnosťou, v pevnom supravodiči z uhlíkových nanorúrok. V roku 2011 boli vedci schopní vytvoriť stav kvantového prepletenia medzi jedným atómom rubídia a Bose-Einsteinovým kondenzátom oddeleným vo vzdialenosti 30 metrov.

Názov fenoménu v ruskojazyčných zdrojoch

So stabilným anglickým výrazom Kvantové zapletenie, používané pomerne dôsledne v publikáciách v anglickom jazyku, práce v ruskom jazyku demonštrujú širokú škálu použitia. Medzi výrazmi, ktoré sa nachádzajú v zdrojoch na túto tému, môžeme vymenovať (v abecednom poradí):

Túto rôznorodosť možno vysvetliť niekoľkými dôvodmi, vrátane objektívnej prítomnosti dvoch určených objektov: a) samotného štátu (angl. kvantové zapletenie) a b) pozorované účinky v tomto stave (angl. strašidelná akcia na diaľku ), ktoré sa v mnohých ruskojazyčných dielach líšia skôr kontextom než terminológiou.

Matematická formulácia

Získanie zapletených kvantových stavov

V najjednoduchšom prípade zdroj S Prúdy zapletených fotónov sú obsluhované určitým nelineárnym materiálom, na ktorý smeruje laserový prúd určitej frekvencie a intenzity (obvod s jedným žiaričom). V dôsledku spontánneho parametrického rozptylu (SPR) sa na výstupe získajú dva kužele polarizácie H A V, nesúce páry fotónov v zapletenom kvantovom stave (bifotóny).

• Preklad

Kvantové zapletenie je jedným z najzložitejších pojmov vo vede, ale jeho základné princípy sú jednoduché. A akonáhle to pochopíme, zapletenie otvára cestu k lepšiemu pochopeniu pojmov, ako sú mnohé svety v kvantovej teórii.

Očarujúca aura tajomstva obklopuje koncept kvantového zapletenia, ako aj (nejako) súvisiacu požiadavku kvantovej teórie, že musí existovať „veľa svetov“. A predsa sú to vo svojom jadre vedecké myšlienky s praktickým významom a špecifickými aplikáciami. Rád by som vysvetlil pojmy zapletenie a mnohé svety tak jednoducho a jasne, ako ich poznám.

ja

K zapleteniu dochádza v situáciách, v ktorých máme čiastočné informácie o stave dvoch systémov. Napríklad dva objekty sa môžu stať našimi systémami – nazvime ich kaóny. "K" bude znamenať "klasické" objekty. Ale ak si naozaj chcete predstaviť niečo konkrétne a príjemné, predstavte si, že sú to koláče.

Naše kaóny budú mať dva tvary, štvorcové alebo okrúhle, a tieto tvary budú označovať ich možné stavy. Potom štyri možné spoločné stavy dvoch kaónov budú: (štvorec, štvorec), (štvorec, kruh), (kruh, štvorec), (kruh, kruh). Tabuľka zobrazuje pravdepodobnosť, že sa systém nachádza v jednom zo štyroch uvedených stavov.

Povieme, že kaóny sú „nezávislé“, ak poznatky o stave jedného z nich nám nedávajú informáciu o stave druhého. A tento stôl má takúto vlastnosť. Ak je prvý kaon (koláč) štvorcový, tvar druhého ešte nepoznáme. Naopak, forma druhého nám nehovorí nič o podobe prvého.

Na druhej strane povieme, že dva kaóny sú zapletené, ak informácie o jednom z nich zlepšujú naše znalosti o druhom. Druhá tableta nám ukáže silný zmätok. V tomto prípade, ak je prvý kaon okrúhly, budeme vedieť, že druhý je tiež okrúhly. A ak je prvý kaon štvorcový, potom druhý bude rovnaký. Keď poznáme tvar jedného, ​​môžeme jednoznačne určiť tvar druhého.

Kvantová verzia zapletenia vyzerá v podstate rovnako – ide o nedostatok nezávislosti. V kvantovej teórii sú stavy opísané matematickými objektmi nazývanými vlnové funkcie. Pravidlá, ktoré kombinujú vlnové funkcie s fyzikálnymi možnosťami, spôsobujú veľmi zaujímavé komplikácie, o ktorých budeme diskutovať neskôr, ale základný koncept prepletených vedomostí, ktorý sme demonštrovali pre klasický prípad, zostáva rovnaký.

Hoci brownies nemožno považovať za kvantové systémy, k zapleteniu v kvantových systémoch dochádza prirodzene, napríklad po zrážkach častíc. V praxi možno nezapletené (nezávislé) stavy považovať za zriedkavé výnimky, pretože pri interakcii systémov medzi nimi vznikajú korelácie.

Zoberme si napríklad molekuly. Pozostávajú zo subsystémov – konkrétne z elektrónov a jadier. Minimálny energetický stav molekuly, v ktorom zvyčajne existuje, je vysoko prepletený stav elektrónov a jadra, pretože usporiadanie týchto základných častíc nebude žiadnym spôsobom nezávislé. Keď sa jadro pohybuje, elektrón sa pohybuje s ním.

Vráťme sa k nášmu príkladu. Ak napíšeme Φ■, Φ● ako vlnové funkcie opisujúce systém 1 v jeho štvorcových alebo kruhových stavoch a ψ■, ψ● pre vlnové funkcie opisujúce systém 2 v jeho štvorcových alebo kruhových stavoch, potom v našom pracovnom príklade možno opísať všetky stavy , Ako:

Nezávislé: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Zapletené: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

Nezávislá verzia môže byť tiež napísaná ako:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Všimnite si, ako v druhom prípade zátvorky jasne oddeľujú prvý a druhý systém na nezávislé časti.

Existuje mnoho spôsobov, ako vytvoriť zapletené stavy. Jedným z nich je meranie zloženého systému, ktorý vám poskytne čiastočné informácie. Môžeme sa napríklad dozvedieť, že dva systémy sa dohodli, že budú mať rovnakú formu bez toho, aby vedeli, ktorú formu si zvolili. Tento koncept sa stane dôležitým o niečo neskôr.

Bežnejšie účinky kvantového zapletenia, ako sú Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) a Greenberg-Horn-Seilinger (GHZ) efekty, vznikajú z jeho interakcie s ďalšou vlastnosťou kvantovej teórie nazývanou princíp komplementarity. Aby som diskutoval o EPR a GHZ, dovoľte mi najprv vám predstaviť tento princíp.

Až do tohto bodu sme si predstavovali, že kaóny majú dva tvary (štvorcové a okrúhle). Teraz si predstavme, že prichádzajú aj v dvoch farbách – červenej a modrej. Ak vezmeme do úvahy klasické systémy, ako sú koláče, táto dodatočná vlastnosť by znamenala, že kaon by mohol existovať v jednom zo štyroch možných stavov: červený štvorec, červený kruh, modrý štvorec a modrý kruh.

Ale kvantové koláče sú kvantóny... Alebo kvantóny... Správajú sa úplne inak. Skutočnosť, že kvantón môže mať v niektorých situáciách rôzne tvary a farby, nemusí nutne znamenať, že má súčasne tvar aj farbu. V skutočnosti zdravý rozum, ktorý Einstein požadoval od fyzickej reality, nezodpovedá experimentálnym faktom, ako čoskoro uvidíme.

Môžeme merať tvar kvantónu, ale stratíme tým všetky informácie o jeho farbe. Alebo môžeme zmerať farbu, ale stratíme informáciu o jej tvare. Podľa kvantovej teórie nemôžeme merať tvar aj farbu súčasne. Nikoho pohľad na kvantovú realitu nie je úplný; musíme brať do úvahy veľa rôznych a vzájomne sa vylučujúcich obrázkov, z ktorých každý má svoj vlastný neúplný obraz toho, čo sa deje. Toto je podstata princípu komplementarity, ako ho sformuloval Niels Bohr.

V dôsledku toho nás kvantová teória núti byť opatrní pri pripisovaní vlastností fyzikálnej realite. Aby sme sa vyhli rozporom, musíme priznať, že:

Vlastnosť neexistuje, pokiaľ nie je meraná.
Meranie je aktívny proces, ktorý mení meraný systém

II

Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen (EPR) opísali prekvapivý efekt, ktorý nastane, keď sa dva kvantové systémy zapletú. EPR efekt kombinuje špeciálnu, experimentálne dosiahnuteľnú formu kvantového zapletenia s princípom komplementarity.

Pár EPR pozostáva z dvoch kvantónov, z ktorých každý môže byť meraný v tvare alebo farbe (ale nie oboje naraz). Predpokladajme, že máme veľa takýchto párov, všetky sú rovnaké a môžeme si vybrať, aké merania vykonáme na ich komponentoch. Ak zmeriame tvar jedného člena páru EPR, je rovnako pravdepodobné, že dostaneme štvorec alebo kruh. Ak meriame farbu, je rovnako pravdepodobné, že dostaneme červenú alebo modrú.

Zaujímavé efekty, ktoré sa EPR zdali paradoxné, vznikajú, keď meriame oboch členov páru. Keď zmeriame farbu oboch členov, prípadne ich tvar, zistíme, že výsledky sú vždy rovnaké. To znamená, že ak zistíme, že jedna z nich je červená a potom zmeriame farbu druhej, zistíme, že je červená – a tak ďalej. Na druhej strane, ak meriame tvar jedného a farbu druhého, nepozorujeme žiadnu koreláciu. To znamená, že ak prvý bol štvorec, potom druhý mohol byť modrý alebo červený s rovnakou pravdepodobnosťou.

Podľa kvantovej teórie takéto výsledky získame aj vtedy, ak sú oba systémy oddelené obrovskou vzdialenosťou a merania sa uskutočnia takmer súčasne. Zdá sa, že výber typu merania na jednom mieste ovplyvňuje stav systému na inom mieste. Táto „desivá akcia na diaľku“, ako ju nazval Einstein, zjavne vyžaduje prenos informácií – v našom prípade informácie o vykonávanom meraní – rýchlejšie ako rýchlosť svetla.

Ale je to tak? Kým nebudem vedieť, aké výsledky ste dosiahli, neviem, čo mám očakávať. Užitočné informácie dostanem, keď poznám váš výsledok, nie keď vykonáte meranie. A každá správa obsahujúca výsledok, ktorý dostanete, musí byť prenesená nejakým fyzickým spôsobom, pomalším ako je rýchlosť svetla.

S ďalším štúdiom sa paradox ešte viac rúca. Uvažujme stav druhého systému, ak meranie prvého poskytlo červenú farbu. Ak sa rozhodneme zmerať farbu druhého kvantónu, dostaneme červenú. Ale podľa princípu komplementarity, ak sa rozhodneme merať jeho tvar, keď je v „červenom“ stave, máme rovnakú šancu získať štvorec alebo kruh. Preto je výsledok EPR logicky vopred daný. Toto je jednoducho preformulovanie princípu komplementarity.

Neexistuje žiadny paradox v tom, že vzdialené udalosti spolu súvisia. Ak totiž jednu z dvoch rukavíc z páru vložíme do škatúľ a pošleme ich na rôzne konce planéty, niet divu, že pohľadom do jednej škatuľky zistím, na ktorú ruku je určená druhá rukavica. Podobne vo všetkých prípadoch musí byť na nich zaznamenaná korelácia párov EPR, keď sú v blízkosti, aby vydržali následné oddelenie, akoby mali pamäť. Zvláštnosť EPR paradoxu nie je v možnosti samotnej korelácie, ale v možnosti jej zachovania vo forme dodatkov.

III

Každý jednotlivý experimentátor získa náhodné výsledky. Meraním tvaru kvantónu dostane s rovnakou pravdepodobnosťou štvorec alebo kruh; pri meraní farby kvantónu je rovnako pravdepodobné, že bude červená alebo modrá. Zatiaľ je všetko obyčajné.

Keď sa však experimentátori spoja a porovnajú výsledky, analýza ukáže prekvapivý výsledok. Povedzme, že štvorcový tvar a červenú farbu nazývame „dobré“ a kruhy a modrú farbu „zlé“. Experimentátori zistili, že ak sa dvaja z nich rozhodnú merať tvar a tretí sa rozhodnú merať farbu, potom buď 0 alebo 2 merania sú „zlé“ (t. j. okrúhle alebo modré). Ale ak sa všetci traja rozhodnú zmerať farbu, potom buď 1 alebo 3 rozmery sú zlé. Toto predpovedá kvantová mechanika a presne to sa stane.

Otázka: Je množstvo zla párne alebo nepárne? Obe možnosti sú realizované v rôznych dimenziách. Tento problém musíme opustiť. Nemá zmysel hovoriť o množstve zla v systéme bez toho, aby sme ho spájali s tým, ako sa meria. A to vedie k rozporom.

Efekt GHZ, ako ho opisuje fyzik Sidney Coleman, je „úderom do tváre od kvantovej mechaniky“. Rozbíja konvenčné, skúsenostné očakávanie, že fyzikálne systémy majú vopred určené vlastnosti nezávislé od ich merania. Ak by to tak bolo, potom by rovnováha dobra a zla nezávisela od výberu typov merania. Akonáhle prijmete existenciu GHZ efektu, nezabudnete naň a vaše obzory sa rozšíria.

IV

O „zapletených dejinách“ hovoríme vtedy, keď je nemožné, aby bol systému v každom okamihu priradený určitý stav. Rovnako ako v tradičnom zapletení vylučujeme možnosti, môžeme vytvárať zapletené histórie meraním, ktoré zbiera čiastkové informácie o minulých udalostiach. V najjednoduchších zamotaných príbehoch máme jeden kvantón, ktorý študujeme v dvoch rôznych časových bodoch. Môžeme si predstaviť situáciu, keď určíme, že tvar nášho kvantónu bol v oboch prípadoch štvorcový alebo okrúhly, ale obe situácie zostávajú možné. Toto je dočasná kvantová analógia k najjednoduchším verziám zapletenia opísaným vyššie.

Pomocou zložitejšieho protokolu môžeme do tohto systému pridať trochu ďalších detailov a opísať situácie, ktoré spúšťajú vlastnosť kvantovej teórie „mnohých svetov“. Náš kvantón môže byť pripravený v červenom stave a potom zmeraný a získaný v modrej farbe. A ako v predchádzajúcich príkladoch, nemôžeme natrvalo priradiť kvantónu vlastnosť farby v intervale medzi dvoma dimenziami; Nemá konkrétnu formu. Takéto príbehy realizujú obmedzeným, ale úplne kontrolovaným a presným spôsobom intuíciu, ktorá je vlastná obrazu kvantovej mechaniky mnohých svetov. Určitý stav možno rozdeliť na dve protichodné historické trajektórie, ktoré sa potom opäť spájajú.

Erwin Schrödinger, zakladateľ kvantovej teórie, ktorý bol skeptický k jej správnosti, zdôraznil, že vývoj kvantových systémov prirodzene vedie k stavom, ktorých meranie môže poskytnúť extrémne odlišné výsledky. Jeho myšlienkový experiment so „Schrodingerovou mačkou“ postuluje, ako vieme, kvantovú neistotu, prevedenú na úroveň vplyvu na úmrtnosť mačiek. Pred meraním nie je možné priradiť mačke vlastnosť života (alebo smrti). Obaja, alebo ani jedno, existujú spolu v nadpozemskom svete možností.

Každodenný jazyk nie je vhodný na vysvetlenie kvantovej komplementarity, čiastočne preto, že každodenná skúsenosť ju nezahŕňa. Praktické mačky interagujú s okolitými molekulami vzduchu a inými predmetmi úplne odlišným spôsobom v závislosti od toho, či sú živé alebo mŕtve, takže v praxi meranie prebieha automaticky a mačka ďalej žije (alebo nežije). Ale príbehy popisujú kvantóny, čo sú Schrödingerove mačiatka, so zmätkom. Ich úplný popis vyžaduje, aby sme uvažovali dve vzájomne sa vylučujúce trajektórie vlastností.

Riadená experimentálna implementácia zapletených príbehov je chúlostivá vec, pretože si vyžaduje zber čiastkových informácií o kvantónoch. Konvenčné kvantové merania zvyčajne zhromažďujú všetky informácie naraz – napríklad určujú presný tvar alebo presnú farbu – namiesto získavania čiastkových informácií niekoľkokrát. Dá sa to však zvládnuť, aj keď s extrémnymi technickými ťažkosťami. Takto môžeme priradiť určitý matematický a experimentálny význam rozšíreniu pojmu „mnohé svety“ v kvantovej teórii a demonštrovať jeho realitu.