درهم تنیدگی کوانتومی یک پدیده اساسی و جالب در مکانیک کوانتومی است، شاخه ای از فیزیک که به رفتار ماده و انرژی در مقیاس های بسیار کوچک مانند اتم ها و ذرات زیراتمی می پردازد. آلبرت انیشتین آن را به عنوان “عمل شبح وار از راه دور” (spooky action at a distance) توصیف کرد زیرا به نظر می رسد شهود کلاسیک در مورد جداسازی سیستم های فیزیکی را نقض می کند.
به طور خلاصه، درهم تنیدگی کوانتومی پدیدهای در مکانیک کوانتومی است که در آن خواص دو یا چند ذره به گونهای همبسته میشوند که اندازهگیری یک ذره بدون در نظر گرفتن فاصله بین آنها، بلافاصله بر وضعیت ذره دیگر تأثیر میگذارد. این شهود کلاسیک در مورد تفکیک پذیری سیستم های فیزیکی را به چالش می کشد و پیامدهای عمیقی برای درک ما از جهان کوانتومی و کاربردهای بالقوه فناوری دارد.
تعریف درهم تنیدگی
درهم تنیدگی زمانی اتفاق می افتد که دو یا چند ذره مانند الکترون ها یا فوتون ها به گونه ای با هم مرتبط شوند که وضعیت یک ذره به حالت ذره دیگر وابسته باشد، حتی زمانی که از نظر فیزیکی از هم جدا شده باشند. این همبستگی (Correlation) بدون توجه به فاصله بین ذرات در هم تنیده باقی می ماند.
پارادوکس EPR و در هم تنیدگی کوانتومی
مفهوم درهم تنیدگی اولین بار توسط آلبرت انیشتین، بوریس پودولسکی و ناتان روزن (EPR) در مقاله ای در سال 1935 معرفی شد. آنها خاطرنشان کردند که بر اساس اصول مکانیک کوانتومی، ممکن است دو ذره به گونهای در هم تنیده شوند که با اندازهگیری وضعیت یک ذره، حتی اگر از هم دور باشند، فوراً وضعیت ذره دیگر مشخص شود. این به ظاهر به معنای ارتباط سریعتر از نور بود که انیشتین را متحیر کرد.
عدم وابستگی در هم تنیدگی به مکان
درهم تنیدگی شامل تبادل اطلاعات ذرات با سرعتی بیشتر از نور (از اصول نظریه نسبیت) نیست. در عوض، نشان می دهد که دنیای کوانتومی متفاوت از تجربه کلاسیک و روزمره ما عمل می کند. توجه به این نکته مهم است که در حالی که درهم تنیدگی غیرمحلی است، نمی توان از آن برای انتقال اطلاعات سریعتر از سرعت نور استفاده کرد.
حالات کوانتومی
در درهم تنیدگی کوانتومی، ذرات با یک حالت کوانتومی توصیف میشوند که توصیفی ریاضی از ویژگیهای آنها، از جمله ویژگیهایی مانند اسپین، قطبش و غیره است. هنگامی که ذرات در هم میپیچند، حالتهای کوانتومی آنها همبستگی دارند، به این معنی که اندازهگیری یک ذره بلافاصله بر وضعیت ذره دیگر تأثیر میگذارد.
قضیه بل و مرزهای واقعیت
فیزیکدان جان بل در دهه 1960 قضیه ای را توسعه داد که نشان داد وجود ذرات درهم تنیده منجر به همبستگی های آماری خاصی می شود که توسط فیزیک کلاسیک قابل توضیح نیستند. آزمایشهای مبتنی بر قضیه بل وجود درهم تنیدگی و نقض نابرابریهای بل را تأیید کردهاند و ماهیت کوانتومی این پدیده را نشان میدهند.
کاربردهای درهم تنیدگی کوانتومی
درهم تنیدگی کوانتومی برای کاربردهای عملی، مانند توزیع کلید کوانتومی برای ارتباطات ایمن و محاسبات کوانتومی، که پتانسیل ایجاد انقلابی در محاسبات را با بهرهبرداری از ویژگیهای منحصربهفرد بیتهای کوانتومی یا کیوبیتهای درهمتنیده، دارد، مهار شده است.
تفسیرهای کوانتومی
تفسیر درهم تنیدگی کوانتومی موضوعی مورد بحث در بین فیزیکدانان بوده است. تفاسیر مختلفی از مکانیک کوانتومی وجود دارد، از جمله تفسیر کپنهاگ، تفسیر جهانهای متعدد و نظریه موج خلبان، که هر کدام دیدگاه متفاوتی در مورد ماهیت درهم تنیدگی ارائه میدهند.
