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1、量子糾纏:遠(yuǎn)超光速的“傳輸”(多圖) 量子糾纏是指粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統(tǒng)中相互影響的現(xiàn)象,這種影響不受距離的限制,即使兩個粒子分隔在直徑達(dá)10萬光年的銀河系兩端,一個粒子的變化仍會瞬間影響另外一個粒子。像光子、電子一類的微觀粒子,或者像分子、巴克明斯特富勒烯、甚至像小鉆石一類的介觀粒子,都可以觀察到量子糾纏現(xiàn)象?! ×孔蛹m纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象;在經(jīng)典力學(xué)里,找不到類似的現(xiàn)象。 假設(shè),由兩個粒子組成的復(fù)合系統(tǒng)處于量子糾纏,對于其中一個粒子做測量得到結(jié)果(例如,自旋為上旋),則另外一個粒子在之后任意時間做測量
2、,必定會得到關(guān)聯(lián)結(jié)果(在此案例里,自旋為下旋)?! ×孔蛹m纏的作用速度比光速還快。最近完成的一項實驗顯示,量子糾纏的作用速度至少比光速快10,000倍。這還只是速度下限。根據(jù)量子理論,測量的效應(yīng)具有瞬時性質(zhì)。 1935年,量子力學(xué)理論的“老對手”愛因斯坦最先指出“量子糾纏”的“荒謬之處”,在他和波多爾斯基、羅森共同發(fā)表的論文里,針對量子力學(xué)理論進(jìn)行了批判,認(rèn)為量子力學(xué)并不完備?! 「鶕?jù)量子力學(xué)的“不確定性原理”,處于糾纏態(tài)的兩個粒子,在被“觀測”之前,其狀態(tài)是“不確定”的,如果對其中的一個粒子進(jìn)行觀測,在確定了這個粒子狀態(tài)的同時(
3、比如為上旋),另外的一個粒子的狀態(tài)瞬間也會被確定(下旋)?! ∵@種鬼魅一般的“傳遞”作用不但有違常理,也“違背”了愛因斯坦的相對論,但這偏偏又是無可辯駁的事實,愛因斯坦據(jù)此認(rèn)為量子力學(xué)仍然存在缺陷,是不完備的?! 吧系鄄粩S骰子”,這是愛因斯坦的名言,也是他一直質(zhì)疑量子力學(xué)之根基——“不確定性原理”的原因所在,愛因斯坦厭惡這種“不確定性”。他認(rèn)為肯定還有更好的解釋,甚至是更完美、更完備的理論來解釋這一切?! “凑諓垡蛩固沟睦碚摚俪安淮_定性原理”的量子糾纏現(xiàn)象該這么解釋:如同兩個黑箱子里面各放一只手套一樣,在不打開其中的一個箱子前
4、,不確定里面是哪一只,一旦打開一個箱子,在看到這只手套的同時,可立即確定另外一個箱子里的手套是哪只。即使這兩個箱子在銀河系的兩端。 波爾是量子力學(xué)的重要奠基人之一,他提出了關(guān)于“量子糾纏”的解釋:這個現(xiàn)象并不違背相對論,在量子力學(xué)的層面上,在測量粒子前,你不能定義它們,實際上它們?nèi)允且粋€整體。不過在測量它們之后,它們就會脫離量子糾纏的狀態(tài)?! 垡蛩固沟闹鲝埖玫搅宋锢韺W(xué)家薛定諤的支持,愛因斯坦和薛定諤兩人,在量子力學(xué)建立的初期做出了不可磨滅的貢獻(xiàn),但最終兩人站在了量子力學(xué)的對立面,甚至連量子理論的最初創(chuàng)立者普朗克,因為那駭人聽聞的“解
5、釋”而走向了量子力學(xué)的對立面?! ‰m然愛因斯坦的解釋更易被大眾接受,也更易理解,但很遺憾,他是錯的。實驗證明,處于糾纏態(tài)的兩個粒子在被測量前,其狀態(tài)確實是不確定性的,這種不確定性與“黑箱手套”的解釋有著根本的區(qū)別?! 「鶕?jù)“不確定性原理”,在觀測處于糾纏態(tài)的一個粒子之前,你根本無法預(yù)測這粒子是什么狀態(tài),是粒子,是波,即是粒子又是波?亦或什么都不是。只有在觀測的一霎那,它“變成”了你可以測量的粒子。這個解釋當(dāng)然讓人難以信服,按照這個解釋,當(dāng)你不去看月亮?xí)r,月亮也會“發(fā)散”開來,變成一團(tuán)非粒子亦非波的東西。甚至當(dāng)你閉眼時,整個世界都會不存在
6、? 我國明代的思想家王陽明有句名言:“你未看此花時,此花與汝同寂,你來看此花時,此花顏色一時明白起來?!边@句話長期被當(dāng)成唯心主義言論而被批判,現(xiàn)在看來,這簡直就是量子力學(xué)解釋的翻版?! 楹芜@些現(xiàn)象和現(xiàn)實格格不入?其實量子力學(xué)的解釋是基于普朗克尺度或亞原子尺度(極微觀尺度)的,生活中的現(xiàn)象完全可以利用經(jīng)典力學(xué)來解釋。比如按照量子力學(xué)的原理,如果一個人不停地去撞墻,那么他確實有一定的幾率“穿墻而過”,但這幾率太小太小,他試到宇宙毀滅的那一刻可能都不會發(fā)生?! ‖F(xiàn)代的物理學(xué)家已將量子糾纏現(xiàn)象視為粒子的基本特性,但是科學(xué)家仍不清楚其中的
7、作用機(jī)制?! ∫罁?jù)建立在“不確定性原理”基礎(chǔ)上的“量子糾纏”,科學(xué)家們提出了“量子通信”的設(shè)想,按照不確定性的原理,這種傳輸信息的方式從根本上杜絕了被破譯的可能,即使信息被截取,其“不確定性”使得破譯者根本無從下手。 1993年,美國科學(xué)家C.H.Bennett提出了量子通信(QuantumTeleportation)的概念。量子通信是由量子態(tài)攜帶信息的通信方式,它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現(xiàn)保密通信過程。量子通信概念的提出,使愛因斯坦的“幽靈(Spooky)”——量子糾纏效益開始真正發(fā)揮其真正的威力?! ≡谪悆?nèi)特提出量子
8、通信概念以后,6位來自不同國家的科學(xué)家,基于量子糾纏理論,提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實現(xiàn)量子隱形傳送的方案,即將某個粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個