做服装到哪个网站拿货品质好,网站流程图软件,六安新闻 最新消息,医院网站优化方案前两天有位朋友抱怨#xff0c;说是看了很多学者关于量子纠缠的科普#xff0c;但还是一头雾水#xff0c;没有一个人真的讲明白的。我就上网搜了几个看。确实#xff0c;大多数科普要么是光顾着讲爱因斯坦和波尔打嘴炮的历史了#xff0c;不讲物理#xff1b;要么讲着讲…前两天有位朋友抱怨说是看了很多学者关于量子纠缠的科普但还是一头雾水没有一个人真的讲明白的。我就上网搜了几个看。确实大多数科普要么是光顾着讲爱因斯坦和波尔打嘴炮的历史了不讲物理要么讲着讲着就开始上公式了人家能看懂公式看你科普干嘛还有些就是为了讲明白把模型太简化了打的比方都是错的。作为研究方向就是在量子纠缠领域的磕盐狗我来试着用人话来给只有中学物理基础的朋友们科普一下‘量子纠缠’究竟是个什么。要搞清楚量子纠缠是什么首先要对量子力学的世界观有了解。现在我们来看一个科普中经常会出现的【错】的例子——手套。这个例子是这样的一对纠缠粒子就是一对手套然后我把左手套放进一个盒子右手套放进另一只盒子然后把两只盒子在空间上分得很开。这时候我只打开其中一个盒子发现里面是左手就会知道另一边肯定是右手。很多科普会用这个打比方说这个就是纠缠态。这个时候大部分正常人都会觉得这么简单手套一左一右这傻子也知道啊还要量子力学教我House听了都要留下八个大字“量子力学就那么回事”。实际上如果用量子力学来看这个例子我们看到的世界应该是这样的。我有一对手套我知道其中肯定有一只是左手另一只是右手。可是对于其中的一只手套来讲它究竟是左手还是右手我不知道手套自己也不知道no one really knows.现在我把这两只手套分别放进两个盒子里。每一个盒子里都有了一只变化莫测的手套它既是一只左手套也是一只右手套。你只要闭上眼睛不看这个手套这个手套就永远在摇摆永远在左右为难。你只有睁开眼睛看了这个手套才会确定自己究竟是左是右。这个听起来就非常玄学了——但这就是量子力学的世界观一种概率性的世界一种不确定的世界。粒子不是我们想象中处于某个位置的一个微粒而是一个概率波而当观测发生时波函数才会塌缩到一个确定的态。量子力学为什么敢这么讲是有实验依据的就是大名鼎鼎的杨氏双缝干涉实验。每次发出一个光子让它经过有两条缝的挡板在挡板后面探测光子会落在哪里。按理说这个光子肯定是从缝里穿过去的不是从左走就是从右边走所以你应该看到光子聚集在两个地方形成两条明亮的条纹。但是实验结果显示你会看到的是明暗交替的很多条干涉条纹不止两条。如果光子是一个确定的微粒结果应该是这样的实际的实验结果显示了粒子的波动性这个结果说明每一个光子它都是既从左边走也从右边走同时从两边经过。这个用行话讲叫‘叠加态’。一个量子态就是一个概率波波函数处于多个态的叠加态上。敲黑板叠加态不是量子纠缠叠加态描述的是一个粒子同时处在多个状态上。而纠缠态至少要两个事物。薛定谔的猫又死又活就是一种叠加态。这么解释了一通量子力学听起来就比较玄学了。世界是一枚不停旋转的骰子没人观察骰子永不落下。爱因斯坦是接受不了这个世界观的。因为这个太不经典了啊经典世界就应该是一切都是客观存在的不管你测还是不测左手套就是左手套猫活着就是活着不会因为你看了猫一眼猫就死了这个观点就叫【实在论】客观存在的物理量不会因为你观测与否而变化。爱因斯坦超级讨厌随机性所以说了一句经典的‘上帝不掷骰子’还有和波尔一起散步的时候那句质问波尔的话“难道我们不抬头看月亮月亮就不存在了吗”上帝你在教我做事所以1935年他提出了纠缠这个概念来攻击量子力学他质疑的只是量子力学的完备性但是咱们普通人理解为攻击就可以了。当时他提出的量子纠缠是一种思想实验文献里经常看到Gedaken experiment这个词就是德语里面思想实验的意思。这篇论文是量子纠缠领域的开山之作但其实文章是爱因斯坦Einstein的两个学生Poldosky和Rosen写了之后没征求老板的意见把老板的名字署在第一个就发表了也是非常虎。所以爱因斯坦对这个paper其实意见很大觉得这俩学生写的太不严谨了这是题外话。这篇文章后世称为EPR佯缪后面被引用了无数次成为爱因斯坦人生最高引文章……他文章里考虑的模型是这样的你不是说一个粒子不测量就不塌缩吗那我如果有两个纠缠的粒子就好了纠缠之后就像两个手套一样总是一个是左手一个是右手。然后我把他们分得非常开。然后我就测A我看到了A是左手套就知道了B是右手套。诶这不是奇怪了吗按你的说法每个粒子都应该是一种概率不测量就不塌缩。我现在只观测了A没观测B哦为什么B的波函数塌缩到右手套上了。你量子力学自己说手套是波函数不测量不塌缩可是现在A和B离开得那么远你测了AB也塌缩了。B是怎么知道自己应该塌缩了操作或者信息怎么传到了B那里的超光速的信息传递是违反相对论的啊。看起来量子纠缠的思想实验推导出来的结果违反了经典的【定域论】在某一点发生的事件不可能立即影响到另一点信息不可能比光速更快。这不就是一个谬论了吗 所以爱因斯坦基本是用量子力学的观点导出一个结论反过来攻击量子力学。思维严密逻辑满分。爱因斯坦真的值得respect就连杠别人都要先站到别人的逻辑里面以你量子力学之矛攻量子力学盾。这种质疑就非常有力了。到这里量子纠缠的概念就已经很清楚了。大白话说就是一对某个性质永远关联比如永远相同或者相反的系统。比如一对手套他们的性质是互相关联的一左一右。这个大家没有争议。但是这种纠缠究竟是怎么发生的各有各的说法。一方是爱因斯坦为代表的【定域实在论】他们名字虽然唬人但是三观和我们普通人的直觉是一样的他们认为这对手套在分开之前就已经商量好了谁是左谁是右分开以后我们就再也不联系了哥俩提前商量好的这个条件就叫隐变量。隐变量理论是Bohm提出来的一度成为当时的主流观点。另一方是波尔为代表的量子力学他们认为这对手套只说好了一件事情——“咱俩得一左一右”。但是至于谁是左谁是右没说好不知道。因为上帝要掷骰子嘛。所以要等到我们观测的一瞬间这俩手套才随即塌缩成一左一右——是被观测的那一瞬间才同时地、随便地、塌缩的。所以可以这么理解量子力学和隐变量理论争论的焦点就在于哥俩究竟有没有提前说好。这个就是长达几十年的隐变量之争论。这个就很难搞了。因为你们这两种理论对应的现象是一样的只是在争论俩手套有没有提前商量好——这让实验狗怎么验证呢然后贝尔就出现了这个人是爱因斯坦的迷弟看不惯波尔纠结一帮哥本哈根学派怼爱因斯坦立志要帮哥哥出气然后就埋头苦思最后竟然搞出一个可以用来区别这两种理论的实验方案。贝尔的方案的关键点在于如果哥儿俩是提前说好的之后就不用联系了我再对其中一个进行操作另一个就不知道了。但是如果是没有提前说好那分开后如果操作其中一个另一个也会受到影响。贝尔的方案当然更严密更精巧利用一对偏振纠缠的光子对把他们在空间上分开并都通过一个偏振片。如果是隐变量理论的话纠缠光子对中的其中一个光子通过一边偏振片的概率和另一边的偏振片的角度没有关系。而在量子力学中其中一个光子通过偏振片的概率和两边的偏振片的角度都有关系。贝尔结合以上这种逻辑推导出一个贝尔不等式来。如果实验结果符合贝尔不等式说明光子的偏振是在一开始就确定了的。而如果实验违反了贝尔不等式那么证明虽然纠缠光子的属性是相互关联的但却不是在一开始时就确定了的。后来的故事大家都知道了—— John Clauser和Alain spect 的实验证明了我们所处的这个世界是违反贝尔不等式的。自1935年EPR佯缪文章问世后揭开的这场旷日持久的论战随着2022年诺贝尔物理学奖的公布似乎终于尘埃落定。其中Clauser第一个设计实验来测量贝尔不等式发现实验结果违反贝尔不等式。Clauser和Bell都是相信爱因斯坦的谁能想到他俩一个做理论一个做实验最后双剑合璧狠狠插了爱因斯坦一刀真是造化弄人……然后就是Alain Aspect他是利用纠缠光子对严谨地证明了实验是违反贝尔不等式的。最后是Zeilinger也是做了Bell test以及是开创了量子隐形传态学科。随着诺奖公布隐参量理论退出历史舞台非定域论取得胜利。但这不只是哥本哈根学派的胜利而是整个物理科学的胜利。爱因斯坦的理论虽然被证明是错的但他率先提出的量子‘纠缠’的概念则打开了新世界的大门。量子秘钥分发是量子纠缠的一个典型应用现在我们知道了上帝不仅掷骰子而且在我们看不见的地方掷月亮只有当我们抬头看的时候才挂在天上没人看她的时候她同时出现在这个宇宙的每个角落。而科学仍然在向前。就在今年我在的实验室刚完成了这样一个实验我们在一团玻色爱因斯坦凝聚体中制备了纠缠而后将它分为两团原子并在空间上分开。在分开的两团原子之间我们观测到了EPR纠缠。1935年爱因斯坦提出纠缠的概念用来质疑量子力学的完备性87年之后的今天人类第一次在两个多粒子体系之间观察到了这样的EPR佯缪。这证明了量子力学与局域实在论的矛盾即使在更大、更宏观、更复杂的体系中依然存在。量子力学能在宏观上走到哪里现在还没人知道。最后澄清一个问题量子纠缠究竟能不能超光速地传递信息不能量子纠缠传递的是无效信息因为这两个粒子是纠缠的纠缠的意思就是他们共享一个波函数不是两个独立物体所以你一测其中一个整个波函数就坍塌了。关于这个郭光灿院士有个很形象的比喻大概是这样的有一对母女妈妈和女儿两地分居。女儿怀孕生了小孩在小孩出生的那一瞬间远在千里之外的妈妈就自动升级成了外婆。这中间并没有信息传递给妈妈是母女之间的这种关联使得她在那一瞬间就成为了外婆。最后的最后再澄清一个问题量子纠缠是不是证明了心灵感应不是量子力学现在研究的都是微观粒子。两个大活人之间的心灵感应属于情感范畴需要看点征婚网站而不是科普文章。以及现在关于量子力学的研究都还只在实验室阶段。市面上任何你能见到的带有‘量子’两个字的产品都和量子半毛钱关系都没有。各位爷叔姨婆千万不要相信任何‘量子记忆’‘量子波动速读’之类的产品都是智商税好啦今天的科普就到这里大家周末愉快祝大家一切顺利遇事不决量子力学
