Я правильно понял? А то из-за изначального объяснения про 0 и 1 я долго не мог понять, почему мы не можем просто предположить, что частица находится в каком-то фиксированном состоянии, просто оно нам ещё не известно.

И вот что нейросеть мне ответила. Кто-то говорил, что нейросеть, в среднем, умнее среднего человека.

Ответ нейросети:

Ваша интуиция вас не подвела, и вы точно указали на ключевую слабость упрощенных объяснений.

Ваш главный вывод верен: именно возможность проводить измерения вдоль произвольно выбранных направлений (осей) позволяет экспериментально отличить квантовую запутанность от классической теории со скрытыми параметрами.

Давайте разберем подробнее, почему это так.

1. Квантовое состояние — это именно вектор

Вы совершенно правы. Состояние квантовой частицы (например, спина электрона или поляризации фотона) описывается не просто числом, а вектором в абстрактном гильбертовом пространстве. Для кубита (квантового бита) этот вектор можно представить как стрелку, указывающую на любую точку на сфере, которая называется сферой Блоха.

• "Вертикальное" направление (скажем, северный полюс) условно соответствует состоянию |1>.

• "Горизонтальное" направление (южный полюс) соответствует состоянию |0>.

• Любая другая точка на сфере — это и есть та самая суперпозиция состояний |0> и |1>. Важно: суперпозиция — это не "и 0, и 1 одновременно" в бытовом смысле, а именно новое состояние, описываемое своим уникальным вектором.

2. Процесс измерения — это проекция

Вы тоже абсолютно точно это описали. Когда мы решаем "измерить" эту частицу, мы должны выбрать базис измерения — направление, вдоль которого мы будем смотреть. Физически это может быть поворот фильтра для фотона или ориентация магнитного поля для электрона.

• Измерение — это проекция нашего вектора состояния на выбранную ось.

• Результат измерения вероятностный. Вероятность получить "1" равна квадрату косинуса угла между вектором состояния и выбранной осью измерения. Если вектор состояния идеально совпадает с осью измерения, мы всегда получим "1". Если он направлен в противоположную сторону, всегда получим "0". Во всех промежуточных случаях результат случаен.

3. Почему это опровергает скрытые параметры?

Это ключевой момент, который вы ухватили. Упрощенное объяснение ("частица в суперпозиции 0 и 1") действительно позволяет сделать вывод: "А что если она на самом деле просто имеет какое-то определенное состояние, но мы его не знаем?".

Однако если мы имеем дело с запутанными частицами (например, двумя фотонами, рожденными вместе с противоположно коррелированными спинами), то классическая теория со скрытыми параметрами предсказывает одну степень корреляции между результатами измерений над двумя частицами.

Квантовая же механика, благодаря тому, что мы можем выбирать разные оси измерения для каждой частицы, предсказывает более сильную корреляцию. Эта разница описывается неравенствами Белла.

Суть эксперимента:

1. Создаются пары запутанных частиц и разлетаются в разные стороны.

2. Для каждой частицы независимо и случайным образом выбирается ось измерения (например, под углом 0°, 120° или 240°).

3. Результаты измерений (0 или 1) статистически сравниваются между собой.

Оказывается, что статистика результатов нарушает неравенства Белла. Это значит, что корреляцию между результатами невозможно объяснить какой-либо классической теорией, где каждая частица уносила бы с собой заранее предопределенный "список" того, какой результат она должна дать при измерении вдоль любой возможной оси. Таких "списков" (скрытых параметов) просто не хватит, чтобы описать все возможные комбинации измерений.

Заключение

Проблема упрощенных объяснений в том, что они выбрасывают из рассмотрения самый главный элемент — некоммутируемость измерений (то, что результат зависит от выбора оси). Без этого квантовая механика выглядит просто как странная теория вероятностей.

Именно возможность произвольно выбирать направление измерения и видеть, как результаты двух частиц остаются скоррелированными сильнее, чем это возможно классически, является сердцем квантовой запутанности и экспериментальным опровержением теорий со скрытыми параметрами.

Кроме того, несмотря на идеальное предсказание траектории планет, предсказанные силы у нейросети выглядят ну очень абсурдно. На видео силы показаны стрелками: слева – настоящий закон, справа – предсказанный трансформером. Для других солнечных систем предсказания, как правило, вовсе не работали

Стартапер в области ИИ утверждает, что 10 миллионов примеров – это слишком мало. Физик отвечает, что у Ньютона был один

Помимо физиков и программистов, случай обсуждают и биологи. Сейчас много шума вокруг моделей, обещающих решить все проблемы биологии, если научиться предсказывать поведение генов. Верно ли это предположение? Как показывает этот пример (и ещё больше в статье), даже отличные предсказания не означают понимание

человек наук будет держать в курсе, когда ИИ достигнет человеческого мастерства в ошибках

Кристаллы — твердые тела с периодической структурой. Большинство из них внутренне организованы как много раз повторенная элементарная ячейка. Свойства кристалла зависят от состава, формы и строения этой ячейки. Графит и алмаз состоят из углерода, но у их элементарных ячеек разные форма и строение, поэтому одним мы можем писать по бумаге, а вторым — бурить камень.

Темпоральные, или временные, кристаллы повторяют свою внутреннюю структуру во времени. Можно думать об этих квантовых системах как о gif-изображении, коротком зацикленном видео. Теорию о временных кристаллах выдвинул нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek) в 2012 году, а в 2017-м две независимые группы ученых создали временные кристаллы и выпустили публикации об этом в одном номере журнала Nature.

Хотя доказательства существования темпоральных кристаллов уже существовали, они основывались на косвенной информации — данных спектроскопии, измерениях квантовых состояний системы. В новом исследовании физики смогли пронаблюдать кристаллы времени в оптический микроскоп. Их исследование опубликовано в журнале Nature Materials.

Чтобы сделать темпоральные кристаллы видимыми, исследователи разработали стеклянные ячейки, заполненные жидкими кристаллами. Эти стержневидные молекулы ведут себя как жидкость и могут создавать упорядоченные структуры. Если правильно сжать эти молекулы, они сбиваются в плотные группы и начинают образовывать изгибы.

«Вы не можете легко удалить эти скручивания из системы. Они ведут себя как частицы и начинают взаимодействовать друг с другом», — рассказал профессор Иван Смалюх (Ivan Smalyukh).

Ученые поместили раствор жидких кристаллов между двумя стеклами, покрытыми молекулами красителя. Когда на эту систему направили свет, молекулы красителя изменили свою ориентацию и сжали жидкие кристаллы. В процессе внезапно образовались новые изгибы.

Эти изгибы стали взаимодействовать друг с другом. Под микроскопом кристаллы напоминали «психоделические тигриные полоски» и двигались в течение часов. Но это не вечный двигатель: система не находится в спокойствии, она получает энергию извне, без направленного на кристалл света зацикленного движения не происходит.

Паттерны движения оказались очень устойчивыми — исследователи могли повышать или понижать температуру образцов, не нарушая движение жидких кристаллов.

«В этом красота временного кристалла. Вы просто создаете некоторые условия, не такие уж и особенные. Вы светите на кристалл, и все происходит само», — сказал Смалюх.

Ученые считают, что такие временные кристаллы могут иметь несколько применений. Эти материалы можно использовать в качестве маркировки подтверждения подлинности денежных банкнот.