Kvantsamband

Kvantsamband är en form av icke-klassisk korrelation mellan delsystem i ett kvantsystem där hela systemets tillstånd inte kan beskrivas som en produkt av delsystemens tillstånd. När deltagande partiklar är sammanflätade uppvisar mätningar på ett delsystem resultat som inte är oberoende av de andra delsystemen, även när avståndet mellan dem är stort.

Historiskt växte idén fram ur diskussionerna om EPR-paradoxen (1935) där Einstein, Podolsky och Rosen ifrågasatte kvantmekanisk realismen. Schrödinger myntade termen Verschränkung (sammanflätning) för att beskriva denna starka korrelation. I svenska sammanhang används oftast kvantsamband eller kvantentanglement som beteckningar för fenomenet.

Teoretiskt beskrivas kvantsamband inom ramverket av kvantstatestillstånd i ett Hilbertrum. För entanglade rena tillstånd är sambandet ofta beskrivet med Schmidt-decomposition. Entanglement mäts vanligtvis med mått som von Neumann-entropi, concurrence eller entanglement of formation. Fenomenet kvantsamband ger upphov till icke-lokal korrelation som Bell-olikheter kan testa mot lokala realistiska teorier.

Praktiska tillämpningar inom kvantinformation inkluderar kvantteleportation, där ett tillstånd överförs utan att tillståndet överförs fysiskt; superdense coding, som gör att fler bitar skickas än vad som klassiskt är möjligt; och kvantkryptering (QKD). Kvantsamband är också centralt i kvantdatorer och i utvecklingen av kvantnätverk. Plattformer inkluderar fotoner för långdistanskommunikation, fångade joner eller atomer för kontrollerad entanglement och superledande qubits för kvantdatorer.

Utmaningar är bland annat decoherence och miljöinteraktion som förstör entanglement, samt tekniska begränsningar i att upprätthålla och distribuera entanglement över längre avstånd. Experimentella tester av Bell-operatorn har bekräftat kvantsamband och lokala realistiska teorier har kunnat motbevisas i många miljöer, inklusive loophole-free försök under de senaste åren.