Квантовая запутанность для чайников

В обсуждениях недавней темы я заметил несколько сообщений, от людей, которые думают, что «физики договорились» о существовании суперпозиции. Что это просто удобная математическая/физическая модель, не имеющая под собой реальных экспериментов, доказывающих нахождение квантов в суперпозиции. Что кванты, на самом деле находятся всегда в конкретных позициях, а проведение эксперимента, лишь обнаруживает эти позиции. Может быть некоторое время это было спором и у физиков, пока не был предложен, простой по сути, эксперимент.
Для простоты, скажем, у кванта есть некоторые 3 характеристики: A, B и C, которые могут принимать значения 1 или 0. У нас есть два запутанных кванта. Если при измерении у первого кванта одной из характеристик мы получаем 1, то у другого кванта, запутанного с первым, эта же характеристика будет равна 0. А Если мы у двух запутанных квантов измеряем разные характеристики, то в половине случаев мы получаем одинаковые значения, а в половине — разные.

Казалось бы, это все равно можно объяснить тем, что кванты изначально имеют определенные значения характеристик, просто в одном случае мы обнаруживаем сходные значения, а в другом нет. НО! Давайте просто проверим это статистически, программно, кто как хочет и может, пусть проведет свое собственное исследование: Поставит 2 эксперимента:
1) Имеем N заранее определенных пар троек значений: (1,0,1)-(0,1,0); (1,1,0)-(0,0,1)… итп
2) Имеем N пар троек, значения которых выбираются случайно, или, если симметричное значение в паре уже известно, выбирается противоположное. Т.е. изначально все пары такие (0/1,0/1,0/1)- (0/1,0/1,0/1). Если устанавливаем один из параметров первой тройки значений в 1, то аналогичный параметр второй тройки сразу устанавливаем в противоположный. А остальные так и остаются неопределенными, и всегда выбираются случайно.

Если мы с такими исходными данными будем в обоих случаях измерять одинаковые параметры, мы будем получать противоположные значения. Что понятно. Но вот если, мы будем измерять разные параметры, то частота, с которой появляются противоположные значения в этих двух экспериментах будет разная!
А именно, в первом эксперименте, вероятность обнаружения противоположных значений будет равна 2/3. В то время как во втором эксперименте она остается равной 1/2.
Не верите? Проверьте и убедитесь сами.

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApplication14
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int confirm = 0, notconfirm = 0;
            Random rnd = new Random();
            List<Tuple<bool, bool, bool>> p = new List<Tuple<bool, bool, bool>>();
            for (int i = 0; i < 500000; i++)
            {
                var t = new Tuple<bool, bool, bool>(rnd.Next(2) == 1 ? true : false, rnd.Next(2) == 1 ? true : false, rnd.Next(2)==1?true:false);

                p.Add(t);
            }

            for (int i = 0; i < 500000; i++)
            {
                var t = p[i];
                bool first, second;
                switch (rnd.Next(3))
                {
                    case 0: first = t.Item1;
                        break;
                    case 1: first = t.Item2;
                        break;
                    case 2: first = t.Item3;
                        break;
                    default:
                        first = false;
                        throw new Exception("first error");
                  
                }

                switch (rnd.Next(3))
                {
                    case 0: second = !t.Item1;
                        break;
                    case 1: second = !t.Item2;
                        break;
                    case 2: second = !t.Item3;
                        break;
                    default:
                        second = true;
                        throw new Exception("second error");                      
                }
                if (first != second)
                    confirm++;
                else
                    notconfirm++;
            }

            Console.WriteLine((double)confirm / (double)(confirm+notconfirm));
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Объясняется это очень просто (и только благодаря тому, что у кванта есть именно три независимых параметра. Если бы он был один, или два, или четыре, то результат в обоих экспериментах был бы одинаковым): При наличии «заранее определенных квантов» мы всегда имеем «перевес» его значений в одну сторону. там либо две единицы, и один ноль, либо два нуля и единица, либо вообще все 3 значения равны или единице или нулю. В то время как в «случайных квантах» у нас три равноправных значения находящихся в суперпозиции нуля и единицы.

Именно этот эксперимент показал мне, что квант находится в суперпозиции состояний, и пока мы его не измерим, нельзя утверждать что он в этом состоянии находился и до измерения.

P.S. Очень хорошо данный эксперимент был описан в книге Ричарда Фейнмана (надеюсь сообщество подскажет в какой именно, я немного запутался)

Автор: indomit

Источник