Квантовые корреляции без запутанности

Для иллюстрации фундаментального отличия квантовой механики от классической часто ссылаются на экспериментально доказанный факт нарушения так называемых неравенств Белла: измерения состояний двух частей квантовой системы (или двух частиц/кубитов, порожденных одним источником; рис. 1a) свидетельствуют о наличии между этими частями специфической корреляции – после измерения состояния одной из частей вторая мгновенно “узнает” о результатах этого измерения, как если бы они были связаны сверхсветовым каналом обмена информацией.

Схематическая иллюстрация экспериментов по измерению белловских двухчастичных состояний (a)
 и последовательным совместимым измерениям состояний одной частицы (b).

Для таких экспериментов используют специальным образом приготовленные “запутанные” состояния, поэтому создается ощущение, что квантовые корреляции есть следствие запутанности частей составной системы. Однако в работе [1] группы А.Цайлингера показано, что схожие по своей сути корреляции могут быть и в простой системе, у которой нет частей, но которая, в отличие от кубита, может находиться более чем в двух состояниях. В качестве такой системы авторы [1] использовали кутриты: единичные фотоны в суперпозиции трех различных пространственных и поляризационных мод. Корреляции проявляются при последовательных совместимых (отвечающих коммутирующим переменным) измерениях (рис. 1b). Как и в случае белловских измерений, эксперимент [1] свидетельствует о нарушении соответствующих классических неравенств и полностью согласуется с предсказаниями ортодоксальной квантовой теории. Полученные в [1] результаты не могут быть описаны ни в рамках моделей скрытых параметров, ни в предположении о существовании априорного совместного распределения вероятностей результатов измерений. Наличие квантовых корреляций в отсутствие запутанности указывает на то, что их природа, по-видимому, более глубокая, чем принято было считать.

1. R.Lapkiewicz et al., Nature 474, 490 (2011).