使用量子干扰玩游戏来解决一个神秘的物理难题

奇偶校场游戏

图图片是奇偶校验游戏的最简单示例。Alice(a)将一定数量的大理石滑向鲍勃(b),目的是学习扭曲管的数量是偶数还是奇数。球员需要四个普通的古典大理石来完成任务。相比之下,已经有两个量子大理石就足够了。信用:©BorivojeDakić

正如Richard Feynman着名所说,“双重狭缝实验绝对不可能以任何古典方式解释,并在Quantum Mechanics的心脏中进行。实际上,它包含唯一的谜团。“

实际上,在该实验中,量子颗粒的表现得像它同时在两个不同的位置,并且表现出诸如干扰的范式波样现象。然而,稍后指出,多裂实验表明量子颗粒的分层程度具有其限制,并且在某种意义上,量子颗粒不能在多个位置同时划分。

这种限制创造了一个难题,这一天尚未完全解决。维也纳大学和Iqoqi-Vienna(奥地利学院)的研究人员通过在信息理论游戏方面通过重新制定干扰实验来了解这一问题。它们的分析最近出现在Quantum,提供了一种直观的思考干扰现象及其限制的方式,从而铺平了求解上述难题的方式。

量子力学的最引人注目的特征之一是叠加原则。通过双缝实验可以最容易地示出该原理,这涉及通过用两个狭缝刺穿的板送出的粒子。根据我们的常见日常直觉,人们可能会期望通过一个狭缝或通过另一个狭缝始终通过粒子。

然而,量子力学意味着颗粒在某种纱中可以同时通过两个狭缝,即,它可以同时在两个位置叠加。这种可能性是量子干涉的现象,即量子颗粒表现出的醒目波样行为。现在,有没有办法来量化量子颗粒可以被解除定位的程度?量子理论是否允许颗粒同时遍历两个以上的路径?为了了解这些问题,物理学家已经分析了“多裂实验“(Sorkin,Rafael D.”量子力学作为量子测量理论“。

现代物理学信件A 9.33(1994):3119-3127。),它仅与狭缝数量的双缝实验不同:例如,三缝实验涉及通过三个狭缝发送的粒子。有人可以认为如果量子颗粒同时可以通过两个狭缝,它也应该能够同时通过三个,四个或任何数量的狭缝。令人惊讶的是,立即注意到,可以通过颗粒同时通过两种狭缝始终通过多裂实验中获得的任何模式。尽管此功能是在数学上完全理解的情况下,以下问题仍未答复:在双缝实验和多裂实验之间的表观不对称有物理原因吗?对量子颗粒的“临床化”有所下面的下潜什么是什么?

在他们最近的工作中,维也纳大学和Iqoqi-Vienna(奥地利科学院)的研究人员塞巴斯蒂安·霍尔瓦特和博尔沃基·达基·达基·达希·努力通过解决信息理论来了解这一问题。即,它们在“奇偶校验游戏”方面具有重构干扰现象和多裂实验,最简单的例子在图中示出。

游戏涉及两名球员,爱丽丝和鲍勃,由墙壁分开,壁刺穿了四对管。每对管可以是直的或扭曲的,并且双绞线的数量未知为Alice和鲍勃。此外,Alice在处理一定数量的大理石处,她可以向鲍勃旋转管子;球员可以使用这些大理石来学习关于管的结构的东西。游戏的目标是为玩家合作,并找出扭曲对的总数是甚至或者奇怪的,使用最少数量的大理石。

现在,假设Alice通过其中一个管子将一个大理石抛出,例如通过第二管。然后,鲍勃可以通​​过简单地检查大理石是否已落过第二管或第一杆,轻松推断第一对管是否直接或扭曲。类似地,如果Alice在处理四个大理石处,她可以通过每对的右管(如图所示)通过右管轻弹它们。然后鲍勃可以直截了当地推断扭曲的对数,因此这个数字是否是偶数或奇数,从而赢得游戏。但是,如果管的数量超过Alice在处置的大理石的数量,那么游戏就不能赢得,因为总是至少有一个管对,鲍勃可以收集任何信息没有任何信息。因此,为了赢得游戏,玩家需要使用尽可能多的大理石,因为有成对的管。

另一方面,量子力学,更具体地,叠加原则,使玩家能够通过仅使用两个“量子大理石!”赢得图中所示的游戏。这种增强来自哪里的一种方式是要记住,如前所述,量子粒子可以“同时通过两个位置”。因此,两个量子大理石可以“同时通过四个位置”,从而模仿四个普通(古典)大理石的行为。“在这个游戏中,弹珠有类似地表现出可以通过管插入的令牌。

当Alice插入普通的古典大理石时,就好像她插入了1便士。另一方面,随着量子理论允许大理石“同时通过2管”,每个量子大理石都值为2便士。令牌的价值是附加的:例如,为了赢得游戏,Alice可以插入4个古典大理石或2个量子大理石,因为在两种情况下,总令牌价值等于4便士,“Sebastian Horvat解释说。

另一方面,召回量子颗粒不能通过更多的同时两个位置:这反映在alice和bob无法通过使用赢得游戏的事实较少的超过两个量子大理石。因此,为了赢得游戏,Alice发送的量子大理石的数量需要等于管对总数的至少一半。

在他们的工作中,研究人员已经分析了这场比赛的更普遍配方,并根据颗粒的数量和颗粒是经典的,量子的或更一般的和假设的,研究了球员的性能。BorivojeDakić补充说:“这些假设粒子具有更高的信息处理能力,即它们的相应令牌有效超过2便士。它不是先验的为什么自然应该更喜欢经典和量子粒子在这些假设的那些中:这是我们将来仍然必须学习的东西。“

总而言之,奇偶校验游戏提供了更一般和直观的框架内的量子干扰的替代描述,这将有望阐明了量子叠加的新颖特征,类似于量子纠缠的研究通过制定的方式加深了被配置的“非本球比赛“(布伦纳,尼古拉斯等。“贝尔非划分。”现代物理的评论86.2(2014):419。)。

参考:Sebastian Horvat和BorivojeDakić,3月8日的“干扰作为信息理论游戏”,量子
DOI:10.22331 / Q-2021-03-08-404
arxiv:2003.12114v4

1条评论在“使用量子干扰玩游戏以解决神秘的物理难题”

  1. 没有“颗粒”。这一切都是挥动所有的时间令人震惊。悖论结束。

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