En mecánica cuántica, el entrelazamiento es un fenómeno en el que dos o más partículas se conectan de tal manera que el estado de una partícula no puede describirse independientemente del estado de las demás, incluso cuando están separadas por grandes distancias. Este fenómeno ha sido objeto de gran interés debido a su carácter no clásico y sus aplicaciones en el procesamiento de información cuántica.
Cuando hablamos de estados cuánticos separados en sus superposiciones con respecto al producto tensorial, esencialmente estamos discutiendo si es posible separar las partículas y describir sus estados individualmente, independientemente unos de otros. Para entender este concepto, necesitamos profundizar en el marco matemático de la mecánica cuántica y el formalismo del producto tensorial.
En mecánica cuántica, el estado de un sistema se describe mediante un vector complejo en un espacio de Hilbert. Cuando dos sistemas están entrelazados, su estado conjunto se describe mediante un único vector en un espacio de Hilbert compuesto obtenido tomando el producto tensorial de los espacios de Hilbert individuales de los sistemas. Matemáticamente, si tenemos dos sistemas A y B con estados |ψ⟩ y |φ⟩ respectivamente, el estado conjunto no entrelazado del sistema compuesto viene dado por |Ψ⟩ = |ψ⟩ ⊗ |φ⟩.
El punto clave a tener en cuenta aquí es que el estado entrelazado |Ψ⟩ no se puede factorizar en estados individuales para los sistemas A y B. Esto significa que las propiedades de los sistemas individuales no están bien definidas independientemente entre sí. El estado entrelazado exhibe correlaciones que son más fuertes que cualquier correlación clásica y no pueden explicarse mediante teorías locales de variables ocultas.
Ahora, volviendo a la cuestión de separar estados entrelazados en sus superposiciones utilizando el producto tensorial, es importante comprender que el estado entrelazado en sí es una superposición de diferentes estados de los sistemas individuales. Cuando realizamos mediciones en una de las partículas entrelazadas, el estado de la otra partícula colapsa instantáneamente a un estado definido, incluso si las dos partículas están muy separadas. Este colapso instantáneo se conoce como no localidad cuántica y es un sello distintivo del entrelazamiento.
Por lo tanto, en el contexto del formalismo del producto tensorial, los estados entrelazados no pueden separarse en superposiciones individuales para los sistemas constituyentes. El entrelazamiento persiste incluso cuando las partículas entrelazadas se separan, y la medición de una partícula afecta instantáneamente el estado de la otra partícula. Esta correlación no local es un aspecto fundamental del entrelazamiento y lo distingue de las correlaciones clásicas.
Para ilustrar este concepto, consideremos el famoso ejemplo de la paradoja EPR (Einstein-Podolsky-Rosen), donde dos partículas entrelazadas se preparan en un estado tal que sus espines están correlacionados. Cuando el espín de una partícula se mide en una determinada dirección, el espín de la otra partícula se determina instantáneamente, independientemente de la distancia entre ellas. Esta correlación instantánea desafía la intuición clásica y resalta la naturaleza no local del entrelazamiento.
Los estados entrelazados cuánticos no se pueden separar en sus superposiciones con respecto al producto tensorial. El estado entrelazado de un sistema compuesto es un estado no factorizable que exhibe correlaciones no locales entre las partículas entrelazadas. Esta correlación no local es una característica fundamental del entrelazamiento y juega un papel crucial en diversas tareas de procesamiento de información cuántica.
Otras preguntas y respuestas recientes sobre Fundamentos de la información cuántica EITC/QI/QIF:
- ¿Cómo funciona la puerta de negación cuántica (NO cuántica o puerta Pauli-X)?
- ¿Por qué la puerta Hadamard es autorreversible?
- Si mide el primer qubit del estado Bell en una base determinada y luego mide el segundo qubit en una base girada en un cierto ángulo theta, ¿la probabilidad de obtener una proyección al vector correspondiente es igual al cuadrado del seno de theta?
- ¿Cuántos bits de información clásica se necesitarían para describir el estado de una superposición arbitraria de qubits?
- ¿Cuántas dimensiones tiene un espacio de 3 qubits?
- ¿La medición de un qubit destruirá su superposición cuántica?
- ¿Pueden las puertas cuánticas tener más entradas que salidas de manera similar a las puertas clásicas?
- ¿La familia universal de puertas cuánticas incluye la puerta CNOT y la puerta Hadamard?
- ¿Qué es un experimento de doble rendija?
- ¿Rotar un filtro polarizador equivale a cambiar la base de medición de la polarización de los fotones?
Vea más preguntas y respuestas en EITC/QI/QIF Fundamentos de la información cuántica