שזירה קוונטית

שזירה קוונטית (באנגלית, Quantum Entanglement) היא תופעה במכניקת הקוונטים שבה פעולה על חלק אחד של מערכת מבוזרת  חורצת את המצב של  החלק האחר, גם כאשר שתי המערכות מרוחקות זו מזו ואין אפשרות של מעבר מידע ביניהן. על התופעה עמדו לראשונה איינשטיין פודולסקי ורוזן במאמר הידוע בשם הפרדוקס של EPR. את המינוח שזירות (ובמקור בגרמנית Verschränkung  ו- Entanglement באנגלית) טבע ארוין שרדינגר   במאמר שנכתב בעקבות מאמר EPR שבתרגום לעברית נקרא: "המצב הנוכחי של מכניקה קוונטית"   (תרגום לאנגלית נמצא כאן).

ניתן לאשש את קיום השזירות על ידי מדידה של מתאמים (קורלציות) מתאימים הידועים בשם "אי שיוויונות בל" (וגם משפטי בל).  אי שויונות אלו מתארים את ההגבלות שנובעות מתורת ההסתברות על מתאמים בתורה קלאסית (תורה שהיא מקומית וריאליסטית).   

במכניקה קוונטית מתוארת השזירות על ידי פונקציית גל שאינה מכפלה וליתר דיוק על ידי פונקצית גל שפרוק שמידט שלה הוא מהצורה

  

כאשר לפחות שני מקדמי שמידט אינם אפס. המצב נקרא שזור מכסימאלית אם כל מקדמי שמידט שונים מאפס ושווים בערכם המוחלט.

בשנת 2022, הוענק פרס נובל לפיזיקה ג'ון פ' קלאוזר, אלן אספה ואנטון ציילינגר "על ניסויים בפוטונים שזורים, המבססים את ההפרה של אי־שוויון בל ומדע המידע הקוונטי הפורץ הדרך".

שימושים

חישוב ומחשוב קוונטי 

מחשב קוונטי הוא מכונה המנצלת תופעות קוונטיות כדי  לעבד נתונים על פי רצפי פקודות (). בעזרת חישוב קוונטי ניתן לפתור בזמן סביר בעיות (BQP) אשר המחשבים הקלאסיים, בהם אנו משתמשם היום, לא יכולים לפתור בפרק זמן אפשרי, לא באופן דטרמיניסטי (P) ואף לא באופן הסתברותי (BPP).
בתאוריית החישוב הקוונטי, אפשר להראות ששזירות היא תנאי הכרחי ל"".

תקשורת והצפנה קוונטית 

הקריפטוגרפיה (הצפנה) הקוונטית עושה שימוש בתופעת השזירה הקוונטית כדי ליצור מערכת תקשורת המסוגלת לזהות האזנות סתר. כמו כן נעשה שימוש רב במצבים שזורים לביצוע החלפת מפתחות קוונטית.

ב-29 במאי 2014 התפרסמו תוצאות ניסוי שנערך ב־TU Delft's Kavli Institute of Nanoscience. לדברי רונלד האנסון, הניסוי פותח פתח ממשי להעברת מידע מוגן באופן מיידי בין שני מחשבים, ללא תלות במרחק ביניהם וללא שימוש באמצעי אחרים.

טלפורטציה קוונטית 

במבט ראשון נראה כי השזירה הקוונטית סותרת מאפיין עיקרי של תורת היחסות של איינשטיין, הטוען כי לא ניתן להעביר מידע במהירות הגדולה יותר ממהירות האור. הסתירה לא באמת מתקיימת מכיוון שעל אף שנראה כי שתי מערכות שזורות פועלות בהדדיות זו עם זו על פני מרחקים גדולים ובאופן מיידי, לא ניתן להשתמש בתופעה זו על מנת להעביר מידע באופן מיידי.

עם זאת, ניתן להשתמש במצבים שזורים על מנת להעביר מצב קוונטי של מערכת למערכת אחרת הנמצאת במרחק כלשהו ממנה. בתהליך זה, אשר נקרא טלפורטציה קוונטית, נעשה שימוש בסט של מצבים קוונטיים בשילוב עם ערוץ מידע מסורתי, ועל כן קצב העברת המידע מוגבל למהירות האור. עם זאת, שיטה זו מאפשרת להעביר מצב קוונטי נתון כלשהו (מבין אינסוף מצבים קוונטיים אפשריים) על ידי שימוש במצב בל יחיד לכל קיוביט שמועבר, ושידור של שתי סיביות מידע בלבד.

שזירה ניסיונית של פוטונים 

בעת הקרנה של קרן לייזר אולטרה-סגולה בגביש של בטא בריום בוראט, חומר בעל תכונות אופטיות בלתי ליניאריות, ישנה הסתברות מזערית (בערך 1 ל-10 מיליארד) של כל אחד מהפוטונים להתפרק בצורה ספונטנית לזוג של פוטונים בעלי אורך גל ארוך יותר (כדי לשמר אנרגיה). הפוטונים שנוצרו נפלטים בצדדים מנוגדים לקרן האולטרה סגולה, בשני חרוטים. מכל הזוגות שנוצרו, כ-1 ל-500 יהיו שזורים זה לזה.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
מכניקת הקוונטים