6.12 שזירה קוונטית

דף הבית ／ פרק 6: תחום הקוואנטים

I. עובדות נצפות והתרחשויות

• תלות חזקה בבסיס המדידה: זוג חלקיקים שנוצר באותו תהליך פיזיקלי נשלח לשתי תחנות מרוחקות ונמדד בבסיס מאותו סוג הניתן לסיבוב, כגון זווית קיטוב, כיוון ספין או בסיס מסלול. בסטטיסטיקה מצומדת עוצמת המתאם משתנה כחוק קבוע עם הזווית היחסית בין הבסיסים, מעבר לכל דגם הטוען שלכל חלקיק ערך קבוע שנשא מראש.
• תוקף למרחק רב בעוד שהתפלגות מקומית נותרת אקראית: לאחר הפרדה קפדנית במרחב ובזמן וחלונות זמן הדוקים, ההתפלגות המרג׳ינלית בכל צד נשארת אחידה ואקראית. המתאמים מתגלים רק לאחר צימוד הרשומות משני הצדדים.
• בחירה מעוכבת ומחיקת מידע קוונטית: ניתן למדוד תחילה ורק אחר כך להחליט אם לשמר מידע מסלול או דפוס התאבכות. כאשר מקבצים מחדש את הנתונים שכבר נאספו לפי ההחלטה המאוחרת, הדפוס המתאים מתגלה או דועך. לא נצפה אות בר שידור ולא היפוך סיבתיות.
• החלפת שזירה: מייצרים תחילה שני זוגות באופן בלתי תלוי. בתחנת ביניים מבצעים פעולה משותפת על שני החלקיקים האמצעיים, ולאחר מכן משתמשים בתוצאת התחנה כדי למיין מחדש את הנתונים ההיסטוריים בקצות המרחק. נוצרים מתאמים חדשים שאינם קלאסיים בין הקצות המרוחקים.

ביחד מצביעות העובדות על כך שמתאמי השזירה אינם נובעים מתהליך של שליחה וקבלה, אלא מהתגלמות סטטיסטית של קבוצת מגבלות משותפת אחת התקפה בו־זמנית על שני הצדדים.

II. מנגנון פיזיקלי

• היווצרות: אירוע מקור משותף מקים בים האנרגיה מבנה תיאום בעל אופי טנסורי המשתרע בין האתרים. אין זה ערוץ להעברת אנרגיה או מידע אלא סט של מגבלות משותפות וחוקי שימור על דרגות חופש ניתנות למדידה, כגון שימור תנע זוויתי כולל והפרשי מופע קבועים. המבנה קובע את קבוצת התוצאות המצומדות האפשריות בו־זמנית, מבלי לקבוע תוצאה חד־צדדית מסוימת.
• הפרדה ונשיאה: בעת שהחלקיקים מתרחקים, מבנה התיאום ממשיך להגביל את התוצאות המשותפות. ההתפלגות המרג׳ינלית בצד יחיד אינה משתנה ולכן אין אפשרות לקודד או להעביר מסר כרצוננו. אין שרשרת סיבתית של פקודה מצד אחד ותגובה בצד האחר.
• מדידה: צימוד מקומי חזק כותב את בחירת הבסיס של המכשיר כתנאי שפה מקומי ומאלץ את התוצאה המקומית ליפול לקבוצת הערכים המותאמת לבסיס. מאחר שהמגבלה המשותפת קיימת מראש, פעולה זו מצרה את קבוצת האפשרויות הגלובלית לענף העולה בקנה אחד עם הבחירה המקומית, ולפיכך מצמצמת גם את קבוצת התוצאות המותרת בצד המרוחק.
  נקודות מפתח: צד יחיד נשאר אקראי ולכן אין תקשורת העולה על מהירות האור. רק סטטיסטיקה מצומדת חושפת עוצמת מתאם שמעבר לקלאסי.
• בחירה מעוכבת ומחיקה קוונטית: שמירת מסלול לעומת שמירת התאבכות משמען תנאי שפה מקומיים שונים. החלטה לאחר מעשה כיצד למיין את הנתונים הקיימים שקולה לבחירת הפן של מבנה התיאום שיודגש. מאחר שההתפלגויות המקומיות אינן משתנות, אין היפוך סיבתיות ואין אות שניתן להעביר.
• החלפת שזירה: הפעולה המשותפת בתחנת הביניים מחליפה תצורה לשתי התצורות המקומיות ויוצרת מבנה חדש המשתרע על הקצות המרוחקים. שימוש בתוצאת הביניים כמפתח מיון גורם למגבלה המשותפת להיחשף בנתונים ההיסטוריים, ועדיין ללא שידור אות למרחק.
• דעיכת קוהרנטיות: צימוד חזק ובלתי מסודר של אחד הצדדים עם הסביבה לפני גילוי פוגע במבנה התיאום והמגבלה המשותפת חדלה לפעול. הסטטיסטיקה המצומדת חוזרת לעקביות קלאסית. כך מוסברים שבריריות השזירה ורגישותה לרעש, למרחק ולתיווך חומרי.
• גבול מול אינטראקציות מתפשטות: יש להבחין בין הפרעות המתפשטות נקודה לנקודה בתווך ונכנעות לגבול התפשטות סופי המזוהה לרוב עם מהירות האור, לבין תוקף מבני בו־זמני שבו אין מעבר אנרגיה או מידע למרחק ולכן אינו מוגבל בגבול תפשטות. השזירה שייכת לסוג השני והיא התגלמות סטטיסטית של מגבלה משותפת ולא אות מהיר מן האור.

III. אנלוגיה בקנה מידה גדול: מגבלות משותפות מובילות ליישור מכוון

בקני מידה של מאות עד אלפי מגה־פארסק, קוואזרים באותו סיב של מארג קוסמי מציגים לא פעם יישור בקבוצות של זוויות קיטוב וצירי סילון. בתורת סיבי האנרגיה סיבים אלה פועלים כקורידורים טנסוריים בלתי איזוטרופיים שלהם ציר ראשי של התנגדות נמוכה והעברה נוחה. גרעינים פעילים בתוך הקורידור ננעלים מופעית לציר באמצעות זרמים ממוגנטים סמוכי־גרעין ומישורי פיזור, ולכן מקורות מרוחקים השייכים לאותו סיב מגלים זוויות קיטוב וכיווני סילון דומים. אין כאן תקשורת למרחק אלא רקע של מגבלות משותפות שבו ציר טנסורי יחיד פועל בו־זמנית על מקורות רבים.
חתימות תצפיתיות כוללות התקבצות חזקה יותר של זוויות קיטוב במקורות של אותו סיב, תלות סביבתית מודגשת באזורים שהסיב בהם חזק, יציבות כיוונית גבוהה מן הצפוי בשדה אקראי, ויישור עם גזירה מעדשה כבידתית חלשה ועם מרקמי קיטוב של אבק וסינכרוטרון באותו שדה שמיים.
הבהרה: יישורים בקנה מידה קוסמי אינם עדות לשזירה קוונטית ואינם גוררים הפרות מן סוג בל. זוהי השתקפות אינטואיטיבית בקנה מידה גדול של אותה תפיסה שלפיה מגבלות מבניות עשויות ליצור תיאום למרחק.

IV. לסיכום

שזירה קוונטית מתוארת כאופן שבו אירוע מקור משותף יוצר בים האנרגיה מבנה תיאום טנסורי בין תחומים הכופה מגבלות משותפות על תוצאות המדידה בשני הצדדים. מדידה מקומית מצרה את קבוצת האפשרויות המשותפת, כך שמתאמים שאינם קלאסיים נחשפים בסטטיסטיקה מצומדת בעוד שההתפלגות המקומית בצד יחיד נשארת אקראית ואינה ניתנת לניצול לשידור אות. בחירה מעוכבת משמעה חשיפה לאחר מעשה של פנים שונות של אותו מבנה, והחלפת שזירה היא עיצובו מחדש.
בשורה אחת: שזירה היא תיאום בלתי מקומי מכוח מגבלות משותפות, הנגלה בסטטיסטיקה מצומדת מבלי לפגוע בסיבתיות ובגבולות התפשטות.