1. Непрерывность и дискретность: Запутанные состояния могут быть как дискретными (например, состояния кубитов), так и непрерывными (например, состояния фотонов с определёнными поляризациями). Эта универсальность делает запутанность применимой в различных областях квантовых технологий.

2. Невозможность локального описания: В отличие от классических систем, где можно описать состояние системы, основываясь на локальных измерениях, в запутанных системах необходимо учитывать глобальное состояние всей системы. Это означает, что для полного понимания системы нельзя игнорировать взаимодействия между её частями.

3. Нарушение неравенств Белла: Квантовая запутанность приводит к результатам, которые нарушают классические неравенства, известные как неравенства Белла. Эти неравенства были предложены для проверки наличия локальных скрытых переменных. Эксперименты, подтверждающие квантовую запутанность, показали, что результаты измерений не могут быть объяснены классическими теориями, основанными на локальных скрытых переменных.

▎2.1.2. Примеры квантовой запутанности

Существуют различные примеры запутанных состояний, которые иллюстрируют это явление:

• Пара фотонов: При процессе спонтанного параметрического рассеяния может быть создана пара запутанных фотонов, которые имеют взаимосвязанную поляризацию. Измеряя поляризацию одного фотона, можно предсказать поляризацию другого с точностью, превышающей любые классические ограничения.

• Кубиты в квантовых вычислениях: В квантовых алгоритмах, таких как алгоритм Шора или алгоритм Гровера, запутанные кубиты используются для выполнения параллельных вычислений, что значительно увеличивает эффективность алгоритмов по сравнению с классическими аналогами.

▎2.1.3. Применение квантовой запутанности

Квантовая запутанность имеет множество приложений в современных технологиях:

1. Квантовая криптография: Запутанные состояния используются в протоколах квантовой криптографии, таких как BB84, для обеспечения безопасности передачи информации. Запутанность позволяет обнаруживать попытки подслушивания, так как любое вмешательство изменяет состояние системы.

2. Квантовые вычисления: Запутанность является основой для квантовых вычислений, где она используется для создания квантовых алгоритмов, которые могут решать задачи, недоступные классическим компьютерам.

3. Квантовая телепортация: Запутанность позволяет передавать информацию о состоянии квантовой системы от одного места к другому без физического перемещения самой системы, что открывает новые горизонты в области передачи данных.

Заключение

Квантовая запутанность представляет собой один из центральных аспектов квантовой механики, который не только бросает вызов нашим классическим представлениям о мире, но и открывает новые возможности в области технологий. Понимание и использование квантовой запутанности является ключом к развитию квантовых вычислений, квантовой криптографии и других направлений квантовой науки. В следующей главе мы рассмотрим методы создания и обнаружения квантовой запутанности, а также их экспериментальное подтверждение.

▎2.2. Электронно-позитронные пары: свойства и поведение

Электронно-позитронные пары представляют собой систему, состоящую из электрона и его античастицы – позитрона. Эти пары являются одним из наиболее известных примеров квантовой запутанности и играют важную роль в физике элементарных частиц и квантовой теории поля. Рассмотрим более подробно свойства и поведение электронно-позитронных пар.

▎2.2.1. Основные свойства

1. Античастицы: Позитрон – это античастица электрона, обладающая одинаковой массой, но противоположным зарядом (+1 для позитрона и -1 для электрона). Это означает, что при взаимодействии электрона и позитрона они могут аннигилировать друг друга, создавая при этом энергию в форме гамма-квантов.