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Quantum entanglement and relativity
Irena Bojic
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Beatrix C. Hiesmayr
DOI
10.25365/thesis.27506
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30332.00530.581463-9
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Phänomen der Verschränkung hat eine grundlegende Bedeutung in der Quantenphysik. Mathematisch is Verschränkung definiert durch die Inseparabilität von Quantenzuständen, die verwendet werden um Quantenobjekte zu beschreiben. Zustände, die nicht separabel sind, werden verschränkt genannt. Diese können räumlich getrennte Objekte oder verschiedene Eigenschaften desselben Objektes sein, welche nur durch einen gemeinsamen mathematischen Zustandvektor beschrieben werden können. Für die einzelnen Objekte gibt es keine separable Beschreibung.
Physikalisch äußert sich Verschränkung zum Beispiel in nichtlokalen Eigenschaften, die auch experimentell nachgewiesen werden können. Klassische, lokale Konzepte, wie z.B. die Bell-Ungleichungen, werden durch Voraussagen der Quantenmechanik und aufgrund von Verschränkung verletzt, was man auch experimentell nachweisen kann.
Man kann zeigen, dass klassische Konzepte der Lokalität und Realität hinderlich sind für ein besseres Verständnis der Natur.
Verschiedene Anwendungen der Verschränkungstheorie haben breite Forschungsfelder eröffnet, wie zum Beispiel Quanteninformations-Theorie und -Verarbeitung und Quantenkryptographie.
Die (spezielle) Relativitätstheorie ist eine klassische Theorie, die die Transformationseigenschaften zwischen Inertialsystemen beschreibt, in welchen die Gesetze der Physik unverändert bleiben.
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Verbindung von Verschränkung und Relativitätstheorie, beziehungsweise, bietet eine Einleitung in beide Felder und die neueren Forschungsgegenstände der relativistischen Verschränkungstheorie. Frühere Arbeiten auf diesem Gebiet haben gezeigt, dass Verschränkung im Allgemeinen nicht Beobachter-unabhängig oder Lorentz-invariant ist, wenn verschiedene Partitionen des Hilbertraumes betrachtet werden.
Dies wurde anhand von zwei verschränkten Spin-1/2 oder zwei verschränkten Spin-1 Teilchen für verschiedene Quantenzustände gezeigt.
Weiters präsentiert diese Diplomarbeit auch ein neues Beispiel für drei verschränkte Spin-1 Teilchen. Ihre relativistischen Transformationseigenschaften werden im letzten Kapitel untersucht. Es wird ebenfalls die Detektion von Vielkörperverschränkung für verschiedene inertiale Beobachter diskutiert.
Abstract
(Englisch)
The phenomenon of quantum entanglement lies at the heart of quantum physics. Mathematically, entanglement is defined by the inseparability of quantum states that are used to describe quantum objects. States, which are inseparable are called entangled. These entangled objects can be spatially separate objects or distinct features of the same object, which can be described only by a common mathematical state vector. An separate description for the individual objects is not possible.
Physically, entanglement manifests itself e.g. in nonlocal features, which can be tested experimentally. Classical local concepts like e.g. the Bell inequalities are violated by the predictions of quantum mechanics due to entanglement, which can be verified in experiment as well. So, the classical concepts of locality and reality were exposed to be misleading towards a better understanding of the concept of nature.
Also, various applications of entanglement theory opened up a broad field of research, like e.g. quantum information, quantum information processing and quantum cryptography.
The theory of (special) relativity is a classical theory describing the transformation properties between inertial frames of reference, wherein the laws of physics remain unchanged.
In this thesis we discuss the connection of entanglement and relativity, that is, an introduction into both fields and some of the recent research topics in relativistic entanglement theory is presented. Previous works in this field suggest that entanglement is not frame independent in general, that is, not Lorentz invariant or observer independent, if different partitions of the Hilbert space are considered. This is shown e.g. for the case of two entangled spin-1/2 and and also two entangled spin-1 particles for different quantum states.
Furthermore, this thesis presents a new example of three entangled spin-1 particles. Their relativistic transformation properties are examined in the last chapter.
The detection of multipartite entanglement is discussed for different reference frames as well.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
entanglement nonlocality Bell inequalities relativistic transformation of entangled quantum states Wigner rotation
Schlagwörter
(Deutsch)
Verschränkung Nichtlokalität Bell Ungleichungen relativistische Transformation von verschränkten Quantenzuständen Wigner Rotation
Autor*innen
Irena Bojic
Haupttitel (Englisch)
Quantum entanglement and relativity
Paralleltitel (Deutsch)
Quantenverschränkung und Relativität
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
118 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Beatrix C. Hiesmayr
AC Nummer
AC11220640
Utheses ID
24590
Studienkennzahl
UA | 411 | | |