Gratis kwantumtool · Niveau: 1ste bachelor
Verstrengeling en de bell-test
Twee deeltjes, twee detectoren en een schuif voor hoe verstrengeld ze zijn. Het gat tussen de twee lijnen is het hele argument.
Probeer dit op de tool hierboven
- Zet beide detectoren op 30°. De correlatie leest 1,00 en de twee resultaten komen altijd overeen, en dat op zich is niet vreemd.
- Zet nu detector A op 0° en B op 45°, en zet de klassieke vergelijking aan. De streepjeslijn laat 0,50 toe waar de kromme 0,71 geeft. Niets met vooraf vastgelegde antwoorden raakt daarboven.
- Zet CHSH aan en druk op de beste hoeken: S leest 2,828. Sleep de verstrengeling nu naar 0 en S zakt onder 2 en blijft daar.
Een verstrengeld paar heeft één toestand die je niet kan opsplitsen in een toestand per deeltje, dus geen van beide helften heeft een eigen toestand. Meet ze allebei langs assen die een hoek uit elkaar staan en de correlatie tekent een cosinus. Elke theorie waarin beide antwoorden op voorhand vastlagen blijft onder een rechte lijn, en de CHSH-som van vier zulke metingen raakt voor zo een theorie niet voorbij 2, terwijl de kwantummechanica 2,83 haalt.
De klassieke denkfout
Het ene deeltje meten stuurt een signaal naar het andere.
Zet de laag met de uitkomsten aan en lees Alice in haar eentje. Die staat op 50/50 bij elke hoek, wat Bob ook met zijn schijf doet, dus er valt niets uit haar resultaten te halen. De correlatie duikt pas op als de twee lijsten naast elkaar liggen, en een lijst door een kamer dragen gaat even traag als al de rest.
Zet beide detectoren gelijk en er is niets vreemds
Met een volledig verstrengeld paar en beide schijven op één hoek komen de twee resultaten altijd overeen. Stop een rode sok in de ene envelop en een blauwe in de andere, stuur ze naar weerszijden van het land, en één envelop openen zegt je meteen wat in de andere zit. Niemand noemt de post spookachtig.
Dat sokkenverhaal doet wel een belofte: de kleuren lagen vast voor het versturen. Alles hieronder test die belofte, en de enige plek om ze te testen is bij hoeken waar de twee schijven niet gelijk staan.
Waar de twee lijnen uit elkaar gaan
De streepjeslijn is het beste dat een theorie met vooraf vastgelegde antwoorden kan, gegeven dat ze op 0° perfect moet kloppen. De kromme is wat de kwantummechanica voorspelt en wat labo's meten. Tussen 0° en 90° loopt de kromme boven de lijn, en geen enkele slimmigheid over sokken dicht dat gat.
Dat plaatje is de stelling van Bell. Ze zegt niet dat de wiskunde vreemd is, ze zegt dat een hele familie redelijke verklaringen sneuvelt op getallen die je kan gaan meten. Aspect, Clauser en Zeilinger kregen in 2022 de Nobelprijs voor het dichten van de mazen in precies deze experimenten.
Verstrengeling is een hoeveelheid, geen schakelaar
Sleep de verstrengeling naar 0 en de toestand wordt een gewoon product van twee onafhankelijke deeltjes. Zet CHSH aan en S raakt bij geen enkele instelling voorbij 2. Sleep terug naar 1, druk op de beste hoeken, en S klimt naar 2,83.
Doe dat één keer voor je een zin met het woord spookachtig aanneemt. Het vreemde gedrag komt niet van twee deeltjes die ooit een kamer deelden. Het hoort bij een bepaalde gedeelde toestand, het komt in gradaties, en het heeft een getal.
Aan het studeren voor een kwantumexamen?
Bekijk de tutors voor fysica en wiskunde, kies er een van wie de vakken bij je cursus passen, en boek eerst één uur.
Veelgestelde vragen
- Wat is kwantumverstrengeling?
- Een toestand van twee of meer deeltjes die je niet kan opsplitsen in een aparte toestand per deeltje. Geen van beide deeltjes heeft een eigen toestand, alleen het paar heeft er één. Er loopt geen verborgen draad tussen, en er beweegt niets sneller dan het licht.
- Wat zegt de CHSH-ongelijkheid?
- Combineer vier correlatiemetingen op telkens twee instellingen en elke lokale theorie met verborgen variabelen geeft hoogstens 2. De kwantummechanica haalt 2√2, ongeveer 2,83, en stopt daar. Boven 2 meten sluit die hele familie theorieën uit, niet één ervan.
- Verstuurt verstrengeling informatie sneller dan het licht?
- Nee. Elke kant ziet op zichzelf zuiver toeval, wat de andere ook doet, dus er zit niets in de lokale data om te decoderen. De correlatie verschijnt pas als de twee lijsten met resultaten vergeleken worden, en vergelijken betekent die lijsten op gewone manier versturen.
- Zijn alle verstrengelde toestanden even vreemd?
- Nee, en de verstrengelingsschuif laat het zien. Gedeeltelijk verstrengelde toestanden geven een zwakkere correlatie en een kleinere CHSH-waarde, en onder een bepaalde hoeveelheid wordt de ongelijkheid helemaal niet geschonden. Verstrengeling is een hoeveelheid, geen ja of nee.
Meer interactieve kwantumtools
- Kwantumteleportatie op twee manieren →Hetzelfde protocol als circuit en als een gebogen draad die je rechttrekt.
- Kwantumpoorten en interferentie →Stapel poorten op een qubit en zie +0,5 en −0,5 samen op nul uitkomen.
- Meten en de born-regel →Draai de detector, doe duizend metingen, en zie kans uit amplitude komen.