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簡單講述量子糾纏

生活 更新时间:2025-08-29 00:46:02

賀俊傑/文

簡單講述量子糾纏(科普知識量子糾纏)1

現在大家都知道量子糾纏,但具體這個電量子糾纏是個什麼東西?真正懂的人很少,我簡單給大家科普一下。這個電量子糾纏是個奇特的現象,好比在我們的太陽系操縱一個電子,和它糾纏的另一個電子即便是在遙遠的宇宙深處幾到十幾光年之外,同時也被同樣操縱,你想一想,這應該是一種什麼樣的畫面?

第一,它告訴我們,在這個宇宙中,真有超過光速的東西。這裡指的是信息傳遞不受距離限制。

這使我想起小時候到我姑姑家去走親戚,看到她家窗子上吊着兩個葫蘆,有一個小口,裡面繃着絲線,不知道這是幹嘛用的。問了我姑父,他告訴我,這是叫人用的。

原來他們這個小村莊有三十多戶人家,分散住在各自的小山溝裡,那時搞集體化,為了快點能通知大家,才想出這個辦法。那時沒有電,更沒有電話,隻能靠絲線把大家連在一起,村長撥動自家葫蘆,通過震動傳導,全村的葫蘆都能聽到“嘣嘣嘣”的聲音,省去了跑着每家通知了。

這是震頻傳輸,和能夠傳輸“量子态”是兩個概念。

而電子糾纏卻不能傳輸信息,這如何理解呢?舉個簡單例子。兩個人打乒乓球,你隻有兩種狀态:得分或者不得分。(這和電子相似,隻有兩個量子态:自旋向上或者向下。)你隻要觀察一個人是否得分,不用看另一個人,就能知道他這球是否得分,屬于正負對等。

又假如你有兒子媳婦,也隻有兩個量子态:兒子來看你,作為母親你就知道媳婦肯定留在家裡。從你看到你的兒子之時刻到你知道媳婦留在家之間的時差,理論上可以等于零。

如果用從兒子家到你家的距離除以時間間隔,把結果定義為隐形傳态的速度,它可以是無窮大。但是,這傳遞了任何信息嗎?沒有。真正的信息傳遞是通過經典傳輸手段,也就是你兒子來傳輸的。他的速度取決于他是步行還是騎自行車或者開車。兒子必須告訴你,媳婦在家還是回娘家了,也就是說,你必須知道遊戲規則,這個規則可稱為密碼理論。

在量子隐形傳輸實驗中,規則即密碼理論是事先就知道的。這個例子所說的道理最早是由愛因斯坦、波多爾斯基和羅森(Einstein, Podolsky and Rosen)三人提出的一個假想實驗來說明的,叫EPR佯謬。這和過去所用的密碼本有異曲同工之妙。

簡單講述量子糾纏(科普知識量子糾纏)2

第二,兩個電子以某種空間形式存在着必然聯系,因為它們相處得那麼遙遠,但它們仍然以不可思議的方式聯系着,這使我們不由得懷疑,這兩個電子實際上是一體的,但在理論上,這又是多麼的不可能!

由此我們會想到,我們的地球,會有一個糾纏的地球,我們的太陽和太陽系,會有一個糾纏的太陽和太陽系,我們的宇宙會有一個糾纏的宇宙!

但是,這在理論上似乎是不可能的,因為我們的地球、太陽、太陽系和宇宙,都不單單是電子構成的,還有玻色子和誇克,還有引力子和膠子!而它們這些基本粒子則沒有電子糾纏類似的屬性!

也就是說,大多數基本粒子不具有電子糾纏的特性,我們又怎麼能夠推斷,所有的物質都要按照電子糾纏那樣的存在方式存在呢?

簡單講述量子糾纏(科普知識量子糾纏)3

其實說到底:“量子隐形傳輸”并不能真正傳輸信息,為什麼我們卻又要拼命宣傳“量子糾纏的傳輸速度至少比光速高4個數量級。”這4個數量級是通過什麼方式求出來的?這種無意義的宣傳早晚是要被揭穿的。

問題是,“早晚”是多長時間?社會心理對科研過程通常能夠等待幾十年。可是,幾十年後,人們不就可以看出“量子隐形傳輸”到底能不能瞬間傳遞信息了? 如果你做不到,豈不是就真相大白了?

但社會心理的奧妙就在于這個緩沖期,咱們普通老百姓說的盼望期:幾十年後,人們仍然會以新時間為起點,繼續等待幾十年,而不會質問說:“你們幾十年前就說能夠實現超光速通訊,為什麼現在還沒有實現?”真是王二小過年,一年不如一年。

其實不管是“量子糾纏”也熱門了幾十年了。時至今日,無論是量子計算機還是量子隐形傳輸,都還停留在研究室和新聞媒體,和實際應用毫無關系。再等幾十年還是如此,隻是媒體向社會描繪誘人的未來和希望。如果真能“超時空傳輸”,可以保證信息傳輸的隐秘,甚至可以實現量子遁術(人體傳輸),可以實現高速量子計算破譯密碼, 果真如此任何國家都會不惜一切代價一直支持下去。

而目前在這一領域除了發明大量的一般人聽不懂的行話術語(jargon),比如量子糾纏,量子計算,量子信息,量子密碼,量子解碼,量子點,量子比特,量子相變,EPR佯謬,貝爾不等式,等等等等外,沒有一點根本性的突破。

這些行話術語有兩個作用:既可以給人以“這門學問很深”的印象,又給人以“這一研究應用非常廣泛”的印象。對于如此深奧而具有廣泛應用前景的研究,誰忍心批評指責,研究經費還是要給的,不管怎麼說這也是個高科技嘛,再等它幾十年,又有什麼不可以呢?

這情形和長生不老藥的研究極其相似。凡是給某一真人研究經費研制長生不老藥的皇帝陛下,都希望在自己有生之年能夠練出長生不老藥,也就是說,二三十年應該出成果。

可是,即使二三十年也出不了成果,他還是會一直等下去,等到死也不會停止這項研究,因為長生不老的希望太美好,太神聖。

皇帝死了,别的皇帝會繼續長生不老藥的研究,這種過程可以重複幾百遍,可以持續幾千年。面前一直有一個美好的幻覺,值得追逐一生啊!

不管你任何吹噓,始終改變不了這樣的事實:從事量子糾纏研究的人們,一方面年複一年地宣稱實現了多麼偉大的“突破”,比如實現了八個粒子的糾纏态,另一方面又說這方面的研究還是在理論探索階段;一方面揚言量子隐形傳态可以實現超光速密碼傳輸,甚至可以進行遠距離人體傳輸(遁術),可以不用宇宙飛船就把人送到其他的星球和其他銀河系,另一方面又說量子隐形傳态不可能用來傳輸信息和質量能量。

這樣既保鮮了美好的希望,取得了社會對現在的研究項目的資金支持,又對将來可能的失敗有言在先,到時候可以推卸責任。

對量子糾纏的實際市場行情我們應該有個比較清楚的認識,不要老是搞那個務虛,高談闊論那些誰也不懂的理論和高深哲學問題了。

玻爾曾說:“誰要是第一次聽到量子理論時沒有感到困惑,那他一定沒聽懂。” 其實,如果你第二次聽到量子理論時沒有感到困惑,你也還是沒有聽懂。為什麼呢?因為人們津津樂道的所謂“波函數”根本就不是行波的函數。光的波函數是經典電動力學中麥克斯韋場方程的解,非常簡單的正弦波,而不是量子力學中任何方程的解。光波(行波,駐波)都是經典物理的概念。光波的傳播,反射,折射,繞射,幹涉,極化等都是經典物理光學的内容,和量子力學毫無關系。

光的幹涉現象和量子糾纏概念完全是不同的概念。量子力學中的量子态,是電子或其他粒子的狀态,是薛定谔方程的解(且不管相對論量子力學)。可是薛定谔方程根本就不是波動方程,它的解根本就不是波函數,而是幾率分布函數。

行進中的電子也是波。誰能把電子的波函數寫出來?有本事寫出來讓大家看看。至于描述電子的波動方程,就更不要談了。

教科書上總是舉電子的幹涉圖案為例證明電子也是波。可就是教科書也寫不出電子束的波函數。一寫出來就會露馬腳。

如果不管有沒有波動方程,隻是偷用水波或者電磁波的行波函數,那振幅的物理意義是什麼呢?寫不出電子的波動方程和行波的波函數,怎麼可能實現“電子的遠程糾纏”?尤其奇怪的是,電子的波函數怎麼可以通過光波來糾纏?

不僅愛因斯坦不能接受“幾率波”的不定論哲學,就是量子力學的發明者薛定谔也不理解。他提出了薛定谔方程以後,在求解方程時得出了量子化條件,算出了氫原子光譜的能級,結果和裡得伯公式相符。但是這個方程的解到底是什麼東西,薛定谔自己也不知道。好像隻是一個空間的函數。反正得到了裡得伯公式,解釋了氫原子光譜,這就夠了。

極小的微觀是宇宙世界的組成分子。量子糾纏,不管糾纏的變化态勢如何,首先是存在量子,糾纏也是一種能量的作用。這恰好證明了世界唯一的物質性,它們不是靜止孤立存在的。它們之間永遠保持着聯系。有聯系,就意味着運動,有運動,就意味着會産生各種各樣的新的變化。而變化的力度與方向,是由參與變化之諸方物質性的主體其能量的大小及其結構主次所決定的。

這也肯定了“變”是絕對的,“靜”是相對的普世價值觀。

簡單講述量子糾纏(科普知識量子糾纏)4

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