DOI
https://doi.org/10.47689/2181-1415-vol5-iss4-pp35-44Ключевые слова
квантовая механика / квантовая запутанность / принцип суперпозиции / квантовое состояние / интерферометр Маха-Цендера / система компьютерной алгебры Mathematica / интерференция запутанных фотонов / компьютерная демонстрация / квантовая телепортация / программа курса квантовая механикаАннотация
Работа посвящена методике изучения явления квантовой запутанности в курсе квантовой механики для студентов специальности "физика". Показано, что студентам университетов важно знать о квантовой запутанности, являющейся ключевой частью квантовой механики, поскольку она необходима для понимания различных трактовок квантовой механики и будущих технологий, связанных с этой областью.
Эксперименты, проведенные на интерферометре Маха-Цендера, являются одним из множества экспериментов, которые убедили физиков в том, что квантовая механика не может быть описана с точки зрения классической механики. В случае изучаемого явления фотон не следует по одной определенной траектории, а должен описываться в терминах квантовой суперпозиции множества траекторий.
Предлагается изучение феномена квантовой запутанности после освоения таких тем, как постулаты квантовой механики, уравнение Шредингера, принцип суперпозиции, проблема измерения, а также после решения известных традиционных задач, касающихся квазиклассического случая. Эти темы создают необходимый фон и мотивацию для понимания концепции запутанности и её последствий для квантовых систем. В качестве экспериментальной техники предлагается демонстрация работы самого простого интерферометра Маха-Цендера, изготовленного фирмой LD Didactic GmbH. Для компьютерной демонстрации изучаемого явления используется система компьютерной алгебры Mathematica и продукты фирмы Wolfram. В результате этого становится возможным наглядно показать, что квантовые частицы могут находиться в состоянии суперпозиции, и, таким образом, используемый интерферометр является мощным инструментом для выявления фундаментальной природы квантовой механики.
Скачивания
Библиографические ссылки
Duarte, F. J. (2020). Fundamentals of quantum entanglement (2nd ed.). IOP Publishing.
Duarte, F. J., & Taylor, T. S. (2021). Quantum entanglement engineering and applications. IOP Publishing, Bristol, UK. 218 p.
Scarani, V. (2006). Quantum physics. A first encounter. Interference, entanglement, Ansreality. Oxford University Press.
Bengtsson, I., & Życzkowski, K. (2017). Geometry of quantum states. An introduction to quantum entanglement. Second Edition. Cambridge University Press.
Clifton, R. (2004). Quantum entanglements. Selected papers. Oxford University Press.
Федоров, А. К., Киктенко, Е. О., Хабарова, К. Ю., & Колачевский, Н. Н. (2023). Квантовая запутанность, телепортация и случайность: Нобелевская премия по физике 2022 года. УФН, 193(9), 1162–1172.
Kashani, S., & Zaret, D. (2023, February 15). Using the Julia framework to teach quantum entanglement. arXiv preprint arXiv:2302.12889.
The World’s Top Ten Quantum Tech Universities and Research Institutions. (2021, January 19). Retrieved from https://thequantuminsider.com/2021/01/19/the-worlds-top-ten-quantum-tech-universities-and-research-institutions/: https://thequantuminsider.com/2021/01/19/the-worlds-top-ten-quantum-tech-universities-and-research-institutions/.
Kohnle, A., & Deffebach, E. (2015, December 8). Investigating student understanding of quantum entanglement. arXiv preprint arXiv:1512.02629.
Jacubowiez, L., & Coe, H. (2022, January 1). Quantum entanglement in the lab. Photoniques (Photoniques), 113, 26-31.
Laloe, F. (2004, November 14). Do we really understand quantum mechanics? Strange correlations, paradoxes and theorems. arXiv preprint arXiv:quant-ph/0209123v2.
Benatti, F., Floreanini, R., Franchini, F., & Marzolino, U. (2020). Quantum entanglement in many-body systems. Physics Reports, 878, 1-27.
Johann, T. J. F., & Marzolino, U. (2021). Locality and entanglement of indistinguishable particles. Scientific Reports, 11, Article number: 15478.
Pereira, A., Ostermann, F., & Cavalcanti, C. (2009). On the use of a virtual Mach–Zehnder interferometer in the teaching of quantum mechanics. Physics Education, 44(3), 281-291.
Zetie, K. P., Adams, S. F., & Tocknell, R. M. (2000). How does a Mach–Zehnder interferometer work? Physics Education, 35(1), 46-48.
Rioux, F. Using a Mach-Zehnder Interferometer to Illustrate Feynman’s Sum Over Histories Approach to Quantum Mechanics. Retrieved from https://chem.libretexts.org.
Barchielli, A., & Gregoratti, M. (2021). Quantum optomechanical system in a Mach-Zehnder interferometer. Physical Review A, 104. (arXiv:2101.09011v2 [quant-ph] 24 Jun 2021).
Vedral, V. (2006). Introduction to Quantum Information Science (pp183). Oxford University Press.
Dederík, E., & Beck, M. (2014). Exploring entanglement with the help of quantum state measurement. American Journal of Physics, 82(5), 962–971.
Hobson, A. (2017). Quantum measurements. American Journal of Physics, 85(5), 260–271.
Schmied, R. (2020). Using Mathematica for Quantum Mechanics: A Student’s Manual. (pp. 193). Springer.
Загрузки
67 14Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Бахтияр Абдикамалoв , Райгул Хoжаназарoва (Автор)
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
