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[quote="Jakito"]Danke für den Zusatz "Nochmal zur Definition und zum Maß der Verschränkung". Jetzt erinnere ich mich wieder, dass ja die [url=https://de.wikipedia.org/wiki/Schmidt-Zerlegung]Schmidt-Zerlegung[/url] bei der Verschränkung von zwei Systemen für die meisten Fragestellungen ein ausreichendes Verständnis bietet, und das ja inzwischen "bewiesen" wurde, das "viele" Fragestellungen bei Verschränkung von >3 Systemen auf Fragen bei Verschränkung von 3 Systemen zurückgeführt werden können: https://www.quantamagazine.org/how-big-data-carried-graph-theory-into-new-dimensions-20210819/ [quote]Tensors are nothing new to physicists, who have long used them to describe, for example, the different possible quantum states of a particle, but network theorists adopted this tool to expand on the power of matrices in high-dimensional data sets. And mathematicians are using them to crack open new classes of problems. Grochow uses tensors to study the isomorphism problem, which essentially asks how you know whether two objects are, in some way, the same. His recent work with Youming Qiao has produced a [url=https://drops.dagstuhl.de/opus/volltexte/2021/13570/]new way[/url] to identify complex problems that might be difficult or impossible to solve.[/quote] [quote="On the Complexity of Isomorphism Problems for Tensors, Groups, and Polynomials I: Tensor Isomorphism-Completeness"]Our main technical result is a polynomial-time reduction from d-tensor isomorphism to 3-tensor isomorphism. In the context of quantum information, this result gives multipartite-to-tripartite entanglement transformation procedure, that preserves equivalence under stochastic local operations and classical communication (SLOCC).[/quote] Daran hatte ich gar nicht mehr gedacht, als ich [url=https://www.physikerboard.de/ptopic,399194.html#399194]geschrieben habe[/url]: [quote="Jakito"]Sicherlich auch die Verschränkung im einfachsten Fall, d.h. die zwischen zwei Qubits. Bin mir nicht sicher, ob ich selbst den allgemeineren Fall überhaupt sauber verstanden habe. Die Verschränkung zwischen zwei allgemeineren isolierten Systemen bekomme ich vielleicht noch hin, wobei es dabei auch auf die konkrete Frage ankommt. Verschränkung zwischen drei und mehr Systemen ist heftig, da müsste ich selbst ordentlich Literatur studieren.[/quote]Bei dem studieren von Literatur dachte ich eher an Dinge wie den [url=https://en.wikipedia.org/wiki/Greenberger%E2%80%93Horne%E2%80%93Zeilinger_state]GHZ-state[/url]. Wobei ich total gücklich wäre, wenn ich die Zeit hätte, das Paper von Joshua A. Grochow and Youming Qiao gründlich zu studieren. Für solche Dinge habe ich mich mal sehr interessiert.[/quote]
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Jakito
Verfasst am: 17. Jun 2024 11:26
Titel:
In Bezug auf "was richtig und was falsch ist" sieht man, dass die Tendenz weg von einer als gegeben angenommenen Tensorproduktstruktur ging, hin zu einer als fundamentaler empfundenen Struktur der "Lokalität physikalischer Interaktionen". Aus dieser konnte man dann immer noch versuchen, approximativ in bestimmten Situationen eine Tensorproduktstruktur zu rekonstruieren.
Jakito
Verfasst am: 17. Jun 2024 11:16
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Ich sehe das Problem noch nicht.
Mein Problem ist schlicht, zu rekonstruieren, was Leute wie Erwin Schrödinger oder Dieter Zeh sich bei gewissen Passagen in ihren Papern gedacht haben.
Das ist ein interessantes Problem, denn einerseits könnte es schlicht unmöglich sein, eine Antwort zu finden. Andererseits haben solche Leute vorher und nachher oft noch mehr in änhlichem Zusammenhang geschrieben, und je nachdem wie viel Zeit ich investiere, kann ich einer Antwort trotzdem sehr nahe kommen.
Nun magst Du fragen, warum solche Fragen überhaupt wichtig sein sollten. Ist am Ende nicht nur wichtig, was richtig und was falsch ist? Wieso sollten mich temporäre Probleme "historisch relevanter" Personen überhaupt interessieren? Aus Sicht eines Mathematikers ist es interessant, das Wesen von Beweisen zu verstehen, und welche Möglichkeiten ausser axiomatischen Beweisen (a la Euclid) es noch gibt, sich selbst und andere Wissenschaftler von Struktur und Eigenschaften gewisser Sachverhalte zu überzeugen:
https://philosophy.stackexchange.com/questions/43356/alternatives-to-axiomatic-method/43438#43438
Zitat:
Rota himself hints at methods able to complement the axiomatic method in his article:
historical analysis
psychological explanations
reversal considerations
TomS
Verfasst am: 17. Jun 2024 05:29
Titel:
Ich sehe das Problem noch nicht.
1. Wenn es physikalisch naheliegend ist, ein System aus zwei zumindest gedacht voneinander isolierten Subsystemen "zusammenzusetzen", dann erfolgt dies über das Konstrukt eines Produkthilbertraumes. D.h. eine Basis im Gesamthilbertraum wird als Produktbasis realisiert.
2. Die physikalisch zulässigen Zustände in diesem Produkthilbertraum sind durch die Forderung der Symmetrie (für Bosonen) bzw. Antisymmetrie (im Falle von Fermionen) gegeben. D.h. nicht jeder mathematisch mögliche Zustand im Produkthilbertraum ist auch ein physikalisch zulässiger Zustand. Und d.h. physikalische Zustände sind i.A. keine Produktzustände.
Dem Zitat
Zitat:
… if the partition is not fundamental, it may introduce some arbitrariness …
würde ich dagegen zustimmen.
Bsp. Messprozess: Man setzt in einfachen Modellen oft zu messendes Subsystem S, Messgerät M und Umgebung E an und betrachtet diese als vor der Messung isoliert, d.h.
Das funktioniert jedoch nur, wenn diese drei Subsysteme aus unterscheidbaren Teilchen "vom Typ S, M und E" bestehen. Andernfalls müsste man zumindest noch zusätzlich symmetrisieren bzw. antisymmetrisieren.
In einem Labor, in dem ein Experiment längere Zeit vorbereitet wurde, und in dem auf fundamentaler Ebene S, M und E aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestehen, wird dieser Ansatz evtl. problematisch.
Jakito
Verfasst am: 17. Jun 2024 00:05
Titel:
"
The Decoherent Arrow of Time and the Entanglement Past Hypothesis
" von Al-Khalili und Chen kämpft auch ein wenig mit dem Produkthilbertraum und was man tun kann, wenn er nicht fundamental gegeben ist:
Zitat:
It can be interpreted as an objective property of the universe, relative to a partition. If the universe comes equipped with a fundamental structure of division into subsystems, the partition will correspond to a fundamental feature of the universe. However, if the partition is not fundamental, it may introduce some arbitrariness, which we discuss in the next section and suggest how it impacts the formulation of the initial condition about low entanglement entropy.
(Die tatsächlich vorgeschlagenen Lösungsansätze fand ich etwas dünn.)
Inzwischen habe ich nachgeschaut, ob es einen erhaltenen Briefwechsel zwischen Schrödinger und Pauli gibt, der die folgende Passage im
dritten Teil des Katzenpapers
erklärt (Schrödinger's Probleme mit Fermionen):
Erwin Schrödinger hat Folgendes geschrieben:
Das gedankliche Zusammenfügen zweier oder mehrerer Systeme zu
einem
stößt auf große Schwierigkeit, sobald man in die Q.M. das spezielle Relativitätsprinzip einzuführen sucht. [...] zweitens stößt man auf hartnäckigen Widerstand, sobald man von der Diracschen Lösung aus, nach dem Vorbilde der nichtrelativen Theorie, zum Problem mehrerer Elektronen vorzudringen sucht. (Das zeigt schon, daß die Lösung aus dem allgemeinen Schema herausfällt, denn in diesem ist, wie erwähnt, das Zusammenfügen von Teilsystemen das Allereinfachste.) Ich maße mir über die Versuche, die in dieser Richtung vorliegen, kein Urteil an. Daß sie das Ziel erreicht haben, glaube ich schon deshalb nicht, weil die Autoren es nicht behaupten.
Den gibt es tatsächlich, nur hat sich leider Schrödinger gar nicht so richtig zu fragen getraut. Und Pauli hat gar nicht erst auf eine sauber formulierte Frage gewartet, um seine Meinung zur QFT heraus zu posaunen.
Erwin Schrödinger hat Folgendes geschrieben:
Nun "Zustand" ist ein Wort, daß zwar alle benutzen, sogar der heilige PAM, aber das macht es nicht inhaltsreicher.
Wolfgang Pauli hat Folgendes geschrieben:
In diesem Sinne scheint mir das System der quantenmechanischen Gesetze logisch abgeschlossen (vollstandig im Sinne der Axiomatik) - im Gegensatz zur kinetischen Gastheorie - offen dagegen sind die Probleme der
relativistischen
Quantentheorie (und da glaube ich gar nicht so sehr an den "heiligen PAM").
antaris
Verfasst am: 09. Jun 2024 16:08
Titel:
Danke für die Erläuterungen. Ich muss dazu noch mehr lesen aber das verschiebe ich auf später.
TomS
Verfasst am: 09. Jun 2024 15:19
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Entschuldige die dümmliche Frage aber was genau bedeutet das?
Dass die Basisunabhängigkeit von Verschränkung kein bloßes Vorurteil ist.
Es bedeutet zunächst mathematisch , dass Verschränkung
abhängig
von der Voraussetzung ist, dass ein Produkthilbertraum und damit auch eine Produktbasis vorliegen. Unter dieser Voraussetzung ist die Verschränkung jedoch
unabhängig
von der Wahl der Basen auf den Einzelteilchen-Hilberträumen.
D.h. Verschränkung kann nicht "wegtransformiert" werden. Sie ist eine objektive Eigenschaften des Zustandes, unabhängig von irgendwelchen Konventionen oder Messvorschriften.
Für jeden verschränkten Zustand
existiert ein (leider zustandsabhängiger) sogenannter Verschränkungszeuge W, d.h. ein selbstadjungierter Operator
d.h. eine zumindest prinzipiell messbare Observable, die das Vorliegen mindestens dieses verschränkten Zustandes detektiert:
D.h. der Verschränkungszeuge W liefert für diesen (und evtl. noch andere) verschränkten Zustand den Erwartungswert kleiner Null, und für alle nicht-verschränkten Zustände sicher größer oder gleich Null; er teilt den Hilbertraum durch die Hyperfläche
Damit wird Verschränkung im üblichen Sinne messbar und im Hilbertraum geometrisch greifbar.
Das funktioniert insbs. für zwei QBits sowie den GZH- und den W-Zustand für drei QBits. Für GZH siehe auch hier:
https://www.physikerboard.de/topic,69882,-faq---quanten-verschraenkung%2C-spukhafte-fernwirkung-etc.html
Jakito
Verfasst am: 09. Jun 2024 15:14
Titel:
Danke für den Zusatz "Nochmal zur Definition und zum Maß der Verschränkung". Jetzt erinnere ich mich wieder, dass ja die
Schmidt-Zerlegung
bei der Verschränkung von zwei Systemen für die meisten Fragestellungen ein ausreichendes Verständnis bietet, und das ja inzwischen "bewiesen" wurde, das "viele" Fragestellungen bei Verschränkung von >3 Systemen auf Fragen bei Verschränkung von 3 Systemen zurückgeführt werden können:
https://www.quantamagazine.org/how-big-data-carried-graph-theory-into-new-dimensions-20210819/
Zitat:
Tensors are nothing new to physicists, who have long used them to describe, for example, the different possible quantum states of a particle, but network theorists adopted this tool to expand on the power of matrices in high-dimensional data sets. And mathematicians are using them to crack open new classes of problems. Grochow uses tensors to study the isomorphism problem, which essentially asks how you know whether two objects are, in some way, the same. His recent work with Youming Qiao has produced a
new way
to identify complex problems that might be difficult or impossible to solve.
On the Complexity of Isomorphism Problems for Tensors, Groups, and Polynomials I: Tensor Isomorphism-Completeness hat Folgendes geschrieben:
Our main technical result is a polynomial-time reduction from d-tensor isomorphism to 3-tensor isomorphism. In the context of quantum information, this result gives multipartite-to-tripartite entanglement transformation procedure, that preserves equivalence under stochastic local operations and classical communication (SLOCC).
Daran hatte ich gar nicht mehr gedacht, als ich
geschrieben habe
:
Jakito hat Folgendes geschrieben:
Sicherlich auch die Verschränkung im einfachsten Fall, d.h. die zwischen zwei Qubits. Bin mir nicht sicher, ob ich selbst den allgemeineren Fall überhaupt sauber verstanden habe. Die Verschränkung zwischen zwei allgemeineren isolierten Systemen bekomme ich vielleicht noch hin, wobei es dabei auch auf die konkrete Frage ankommt. Verschränkung zwischen drei und mehr Systemen ist heftig, da müsste ich selbst ordentlich Literatur studieren.
Bei dem studieren von Literatur dachte ich eher an Dinge wie den
GHZ-state
. Wobei ich total gücklich wäre, wenn ich die Zeit hätte, das Paper von Joshua A. Grochow and Youming Qiao gründlich zu studieren. Für solche Dinge habe ich mich mal sehr interessiert.
Aruna
Verfasst am: 09. Jun 2024 14:36
Titel:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Entschuldige die dümmliche Frage aber was genau bedeutet das?
Dass die Basisunabhängigkeit von Verschränkung kein bloßes Vorurteil ist.
TomS
Verfasst am: 09. Jun 2024 13:31
Titel:
Was genau?
antaris
Verfasst am: 09. Jun 2024 12:47
Titel:
Entschuldige die dümmliche Frage aber was genau bedeutet das?
TomS
Verfasst am: 09. Jun 2024 08:47
Titel:
Nochmal zur Definition und zum Maß der Verschränkung:
Der Zustand
ist separabel also nicht verschränkt genau dann, wenn er dargestellt werden kann als Produktzustand
Andernfalls ist er verschränkt.
Der o.g. reine Zustand mit Dichteoperator
ist verschränkt genau dann, wenn seine reduzierten Dichteoperatoren nicht rein sind, also
Dabei ist für A=1,2
wobei gerade das jeweils andere Subsystem B=2,1 ausgespurt wird; für A=1, B=2
Man rechnet leicht nach, dass dies für einen nicht verschränkten Produktzustand auf reine reduzierten Dichteoperatoren führt.
Daraus folgt, dass die von-Neumann-Entropie der reduzierten Dichtematrix
ein Maß für die Verschränkung liefert, d.h. der ursprüngliche Zustand ist nicht verschränkt genau dann, wenn S = 0.
Für reine Zweiteilchen-Zustände stimmen die bzgl. A und B definierten Entropien überein.
Die partielle Spur über A ist dabei wieder basisunabhängig.
(daraus folgt natürlich nicht, dass in einem verschränkten Zustand tatsächlich ein statistisches Gemisch vorliegt)
TomS
Verfasst am: 08. Jun 2024 05:46
Titel: Ist Verschränkung basisabhängig?
Hier wurde die Frage gestellt, ob Verschränkung basisabhängig sein, d.h. ob das Vorliegen von Verschränkung in einem Zustand abhängig davon ist, in welcher Basis der Zustand notiert wird.
Die Antwort lautet "nein, aber …"
Nein
Der Zustand psi eines Zwei-Teilchen-Systems wird in einem Zwei-Teilchen-Produkthilbertaum allgemein dargestellt als
dabei numerieren i,k die Basisvektoren.
Ein Zustand ist
separabel
, wenn er dargestellt werden kann als Produktzustand
Andernfalls ist er
verschränkt
.
Diese Darstellung ist basisunabhängig, daher ist das Vorliegen von Separabilität bzw. nicht-Separabilität d.h. Verschränktheit ebenfalls basis
un
abhängig.
Ist er separabel, so gilt offenbar in jeder Basis
d.h. eine Basistransformation
ändert nichts an dieser Produktdarstellung.
Da Verschränkung also basisunabhängig ist, existiert auch ein basisunabhängiges Maß für den Grad der Verschränkung *)
Aber …
Das Konzept ist insofern basisabhängig, als dass bei der Konstruktion des Produkthilbertaumes die Basen der einzelnen Hilberträume verwendet werden. D.h.
es muss physikalisch sinnvoll möglich
sein, überhaupt von zwei Teilchen (oder allgemein Systemen) sprechen zu können; nur wenn dies der Fall ist, wählt man zur Modellierung einen Produkthilbertaum, und nur dann ist Verschränkung physikalisch sinnvoll.
Da der Produkthilbertraum separabel ist, also eine abzählbare Basis hat, kann man sicher eine Bijektion
konstruieren **), so dass
gilt.
In dieser Darstellung wäre es einigermaßen sinnlos, von Verschränkung zu reden, weil die Struktur des Produkthilbertraumes unsichtbar geworden ist.
Invertiert man die Abbildung, d.h. berechnet man (i,k) aus n, so wird an Beispiel eines einzelnen Teilchens im harmonischen Oszillators klar, warum es physikalisch unsinnig ist, diese Produktstruktur und damit Verschränkung einzuführen: die Einteilchen-Kletteroperatoren respektieren die Produktstruktur nicht, z.B. wird aus
das folgende
Weitere im Kontext der Verschränkung relevante Konzepte scheitern bereits mathematisch.
Startet man dagegen mit zwei Teilchen und dem Hamiltonoperator
so wählt man als Ausgangspunkt den Produkthilbertraum,
daraus folgt die Produktstruktur der Basis
und daraus der Verschränkungsbegriff. Welche Einteilchen-Basen man wählt, ist irrelevant.
*)
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement#Quantum-mechanical_framework
**)
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Pairing_function