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第25章 量子纠缠（第1页）

一、量子纠缠的神秘面纱量子纠缠是量子力学中极为神秘的现象之一。

当两个或多个量子系统处于纠缠状态时，它们之间会建立起一种特殊的关联，这种关联超越了我们在经典物理学中所理解的范畴。

在量子纠缠中，一个粒子的状态发生改变，无论它们相距多么遥远，另一个粒子的状态会立即发生相应的变化。

这种瞬间的影响似乎无视了时间和空间的限制，给人一种“幽灵般的超距作用”

之感。

例如，当两个相互纠缠的粒子被分开后，对其中一个粒子进行测量，若测得其处于某种特定状态，那么另一个粒子也会瞬间确定为与之相对应的状态。

这种现象让人难以理解，因为在经典物理学中，信息的传递是不可能超过光速的。

量子纠缠的这种特性引发了许多科学家的深入思考和研究。

阿尔伯特?爱因斯坦、be波多尔斯基和n罗森在1935年发表的论文中，对量子力学的完备性提出了质疑，他们认为量子纠缠这种现象似乎违背了经典的物理实在论。

埃尔温?薛定谔在研究这一佯谬时提出了epr操控的概念，进一步加深了人们对量子纠缠的认识。

目前，量子纠缠现象已经在微观粒子如光子、电子，以及介观粒子如分子、巴克明斯特富勒烯甚至小钻石等中被观察到。

根据目前实验显示，量子纠缠的作用速度至少比光速快10，000倍，这还只是速度下限。

虽然量子纠缠的效应不能被用来以超光速传输经典信息，并不违反因果律，但它仍然挑战着我们对物理世界的传统认知。

二、量子纠缠的研究历史（一）epr佯谬的提出1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森发表了题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗》的论文，提出了epr佯谬。

他们设计了一个思想实验，考虑两个曾经相互作用过的粒子，无论相距多远，始终遥相“呼应”

。

比如两个自旋方向相反的电子，即使它们分别位于银河系两侧，只要一个自旋方向发生改变，另一个也同时随之改变。

他们认为对一个粒子的测量不会对第二个粒子造成干扰，并给出一个判据：如果人们毫不干扰一个体系而能确定地预言它的一个物理量的值，则对应于这个物理量就存在物理实在性的一个元素。

根据这个判据，他们指出量子力学认为粒子的坐标和动量不能同时具有确定值，因此它的描述是不完备的。

（二）薛定谔的贡献薛定谔在研究epr佯谬时提出了epr操控的概念，并且创造了“antuentanglent”

（量子纠缠）这一术语。

薛定谔进一步表明量子纠缠是量子理论的特征性质。

他通过“薛定谔的猫”

这一着名的思想实验，生动地展示了量子力学中叠加态和量子纠缠的奇特性质。

在这个实验中，一只猫被关在一个装有少量镭和氰化物的密闭容器里。

镭的衰变是随机的，如果衰变发生，氰化物将被释放并杀死猫；如果未衰变，则猫将存活。

由于我们无法确定镭是否衰变，因此在观测之前，猫的状态是既死又活的叠加态，而与猫的状态相关的微观粒子之间也处于量子纠缠状态。

薛定谔的这些贡献进一步加深了人们对量子纠缠的认识和理解。

三、量子纠缠的原理探讨（一）基于量子态叠加与量子态塌缩的原理量子纠缠基于量子力学中的量子态叠加与量子态塌缩原理。

在量子力学中，一个粒子的状态可以同时处于多种状态之间，这就是量子态叠加。

例如，光子在没有被观测之前，其自旋可以同时沿着不同的方向，处于多种自旋状态的叠加。

而当我们观测一个粒子时，它的状态只被压缩到一个确定的状态，这被称为量子态塌缩。

当两个量子系统在量子态叠加时相互作用，它们的状态被锁定在一起，形成量子纠缠。

这种纠缠不受距离、时间或任何其他因素的影响，而是通过一种看似瞬间的过程来实现。

（二）超光速特性量子纠缠最为人称奇的特点在于其状态变化的瞬时性，这表明了在量子尺度上，信息的传递似乎不受光速限制。

当两个或多个量子粒子发生纠缠时，它们形成了一种特殊的关联，不论彼此相距多远，一个粒子的状态发生变化时，与其纠缠的粒子状态也会同步改变。

这种现象被科学家们形象地描述为“量子非局域性”

，它意味着量子纠缠可以超越空间的界限，实现超光速传递。

根据目前实验显示，量子纠缠的作用速度至少比光速快10，000倍，这还只是速度下限。