Os qubits ("bits quânticos") são a contraparte quântica do "bit" clássico de um computador digital. "Bit" é uma abreviação de "dígito binário".

Enquanto os bits clássicos podem ter o valor "0" ou "1", os qubits estão em uma superposição coerente ou combinação linear de estados quânticos |0> ou |1>, como Paul Dirac descreveu em seu livro de 1930 , Princípios da Mecânica Quântica .

A medição de um qubit projeta o qubit aleatoriamente em um estado de partícula única |0> ou |1>, com probabilidade 1/2, seguindo o " postulado de projeção " de Dirac .

A probabilidade de 1/2 de cada estado é o quadrado da "amplitude de probabilidade" 1/√2.

Quando dois qubits a e b estão emaranhados , sua função de onda Ψ é uma combinação linear (ou superposição) de estados de "produto" de duas partículas |01> e |10>,

A função de onda de duas partículas Ψ _ab descreve o comportamento de duas partículas emaranhadas (elétrons, fótons ou átomos) com momento angular de spin para cima |↑> ou para baixo |↓> que viajaram muito distantes uma da outra.

Quando a ou b é medido, a função de onda de duas partículas Ψ _ab colapsa , ambas as partículas são individualmente projetadas em estados aleatórios para cima (|↑> ou para baixo |↓>), mas conjuntamente elas sempre aparecem perfeitamente correlacionadas em um dos dois estados de produto para cima-para baixo |↑↓> ou para baixo-para cima |↓↑>.

Qualquer um desses estados de produto conserva o momento angular de spin total do estado emaranhado inicial preparado, embora as direções de spin específicas não sejam definidas.

Descrevemos esse momento angular total conservado como uma constante oculta do movimento .

As correlações perfeitas entre objetos amplamente separados são compreensivelmente e frequentemente mal interpretadas como a medição de uma partícula, digamos A, causando instantaneamente e não localmente a correlação de outra partícula, digamos B.

Mas a mecânica quântica não encontra essa " ação fantasmagórica à distância" , como Albert Einstein a chamou. Existe, no entanto, comportamento não local .

Einstein descobriu exemplos de não-localidade a partir de 1905. Em 1916, demonstrou que os processos quânticos podem ser totalmente aleatórios, resultado do acaso . Mas, durante toda a sua vida, ele almejou uma "realidade" na qual as propriedades dos objetos físicos tivessem valores independentes da nossa observação.

Essa não-localidade e aleatoriedade são propriedades dos qubits que estão no cerne da ciência da informação quântica , incluindo criptografia quântica , teletransporte quântico e computação quântica .

Como dois qubits emaranhados estão em uma superposição de |0> ou |1>, ou |↓> ou |↑>, eles não estão em um estado quântico definido antes de uma medição, e o estado resultante de uma medição não "existia" antes da medição. Isso incomodou Einstein durante toda a sua vida.

Em resposta ao artigo de 1935 sobre o Paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen , Erwin Schrödinger disse a Einstein que as partículas emaranhadas não podiam ser separadas e estar em um estado de produto definido antes da medição. Ele afirmou que elas se encontravam em uma superposição de tais estados, conforme definido por Dirac.

Incentivado por Einstein, David Bohm propôs em 1952 que variáveis ocultas locais poderiam explicar as correlações perfeitas e a não-localidade que estão no cerne do paradoxo EPR.

Em 1964, John Bell propôs um teste para o que chamou de "desigualdade", que distinguiria entre variáveis ocultas locais e não locais . Diversos experimentos iniciados em 1972 confirmaram que quaisquer variáveis desse tipo precisariam ser não locais .

Não conseguimos entender como uma função de onda abstrata, puramente matemática e imaterial , a solução da equação de Schrödinger linear, pode fazer com que partículas materiais concretas se movam para posições e adquiram propriedades que correspondam perfeitamente às previsões estatísticas da função de onda.

Em 1964, Richard Feynman disse que "ninguém entende a mecânica quântica". A principal dificuldade reside em como a matemática descreve (ou controla) a matéria em movimento . Feynman também afirmou: "A questão agora é: como isso realmente funciona Que mecanismos estão de fato produzindo essa coisa Ninguém conhece nenhum mecanismo." ( A Natureza das Leis Físicas , p. 144)

Feynman também afirmou que o "único mistério" da mecânica quântica sempre pode ser explicado em termos do experimento da dupla fenda , no qual uma única partícula parece viajar através de ambas as fendas, ou melhor, por uma função de onda que é uma superposição de ondas parciais que passam pelas fendas e que de alguma forma "controla" a localização de uma partícula que passa por qualquer uma das fendas.

Seguindo a sugestão de Feynman, podemos explicar muitos experimentos intrigantes com funções de onda de duas partículas (ou qubits emaranhados). Entre eles, estão a escolha retardada de John Wheeler , o apagador quântico , o interferômetro de Mach-Zehnder , o efeito Fresnel-Arago e, claro, o Gato de Schrödinger .

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