量子电子学报
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量子纠缠有多神奇?量子瞬间传输技术又是什么

近年来,随着量子纠缠效应的不断验证和发展,一个非常科幻的名词——量子瞬时传输技术,逐渐为大众所知。而且,我国在这方面的研究一直处于世界领先水平。

立即转移?这不是只出现在科幻电影中的场景吗?在现实世界中真的有可能吗?


如果你想知道答案,我们只是让我们从神奇的量子纠缠开始。

1935年,为了证明量子力学的荒谬性,在“爱与玻利维亚之战”中接连败北的爱因斯坦终于抛出了一个大招,即著名的EPR悖论。


EPR 悖论是爱因斯坦在Podolsky 和 ??Rosen 联合发表的论文,该论文描述了这样一个思想实验,假设我们有一对总自旋为零的电子,然后同时向相反的方向发射它们。

根据角动量守恒定律,只要两个电子在运动过程中不与其他物体碰撞,其中一个电子必定自旋为正,另一个为负。

在我们测量之前,根据量子叠加效应,它们的自旋处于正负叠加状态,但是当我们测量其中一个电子时,该电子会瞬间坍缩成某种状态,例如如果自旋为正,则另一个电子将同时坍缩为负自旋。

如果两个电子之间的距离很远,那么我们测量其中一个电子,另一个电子也会瞬间坍缩。这不是瞬间超距离效果吗?

根据狭义相对论,任何物体的运动速度,包括信息的传输速度,都不能超过光速。这不是违反光速,无法超越吗?

EPR悖论可以说是爱因斯坦对玻尔的最致命的反击。玻尔想了三个月,才给出了一个很不情愿的回答。

首先,玻尔认可爱因斯坦思想实验的结果,但不同意他的光速比光速快的结论。

玻尔认为,由于电子 A 和 B 的总自旋为零,可以将它们视为一个整体。既然它们是一个整体,那么相应地测量一个部分 A 和另一部分 B。反应,没有超光速!

玻尔的回答肯定让爱因斯坦不满意,但由于当时的实验条件,两人只能说自己的事情,却无法通过实验来验证。

之后,薛定谔听说了这一点,并给这种现象起了一个生动的名字,那就是量子纠缠。


在爱因斯坦和玻尔去世后一个又一个,随着实验条件的成熟,科学家们开始对量子纠缠进行实验。从最初相隔几公里的两个粒子到最近一个相隔1000多公里的粒子,实验结果完全符合量子力学的预测。换句话说,EPR 悖论已经成为现实。


今天的科学已经完全证实了,A一对量子纠缠态,无论它们相距多远,只要测量到其中一个粒子,另一个粒子就会立即坍缩成某种状态,即使相距一百万光年,该理论仍然成立.

这种神奇的现象,简直就是超强版的心灵感应。今天科学家给出的解释与当时玻尔的解释相似。人们相信处于纠缠状态的粒子基本上处于相同的概率。由于波中的波是同一个概率波,测量一个点肯定会影响到另一个点。

我们无法想象数万光年的概率波是什么样的,但还有另一种解释,更荒谬。

无论是量子纠缠还是量子叠加,都涉及到一个非常熟悉的概念,那就是空间。

量子叠加告诉我们一个粒子可以同时在空间中无数个位置。这不是因为粒子的快速运动,而是量子本身的性质,而量子纠缠是超空间的瞬时效应。

如果我们继续深入思考,一个粒子的位置可以同时在空间中的无数个点,那么这些无数个点会是同一个点吗?两个相距很远的粒子可以相距很远。他们之间的距离只是幻觉吗?

如果空间的概念不再是我们日常所熟悉的,那么时间呢?

再进一步,没有空间,时间也就失去了意义。在这种情况下,“光速不变”突然就说得通了。

因为光速是单位时间内光运动的空间距离,根据运动的相对性,速度会因空间距离的叠加而发生变化。如果空间的概念不是我们日常的理解,距离的叠加也会失去意义,速度变化是无效的。

因此,光速不变的悖论很可能是我们对空间和时间的模糊认知的结果。当然,这只是“非本地化”研究的理论猜想,目前无法证明。

现在,是时候回到瞬时传输了。

这里需要注意的是,纯量子纠缠无法实现瞬时传输,因为我们在测量之前并不知道粒子的信息。它始终处于叠加状态,只有我们对其进行测量,叠加状态才会崩溃。 ,我们可以得到确切的信息。

简单的说,即时传输是可以完成的,但是传输的是不确定的信息,相当于没有传输。