自爱因斯坦于1905年首次提出数学学以来,数学学的最基本规则之一就是,任何类型的信息传递讯号都未能以比光速更快的速率穿过宇宙。将信息从一个位置传输到另一位置须要粒子,无论是质量粒子还是无质量粒子,这种粒子都必须根据相对性规则在光速以下(质量)或以(质量)联通。
但是,自从量子热学发展以来,许多人企图借助量子纠缠的力量来颠覆这一规则,设计出巧妙的方案来尝试将信息传递给“骗子”相对论,并以比光速更快的速率进行交流。虽然这是围绕我们的宇宙规则进行的令人赞叹的尝试,但光速通讯一直是不可能的。
从概念上讲,量子纠缠是一个简单的看法。您可以从想像精典的宇宙和您可以执行的最简单的“随机”实验之一开始:进行硬币翻转。假如大家和我每位人都有一个公正的硬币并掷硬币,我们每位人都希望我们每位人都有正面的机会50/50,而我们每位人都有正面的机会50/50。您的结果和我的结果除了应当是随机的,但是应当是独立且不相关的:无论翻转的结果怎样,我得到的正面还是背面的欧赔仍应为50/50。
然而,假若这显然不是精典系统,而是量子系统,这么您的硬币和我的硬币可能会纠缠在一起。我们可能每一个一直有50/50的机会得到正面或背面的,但若果你翻转你的硬币和检测头,你会立即可以统计预测,以更好地比50/50的确切性我的硬币是否有可能以农地正面或背面。
这如何可能?在量子化学学中,存在一种称为量子纠缠的现象量子纠缠 通讯,在该现象中,您会创建多个量子粒子(每位粒子都有自己的量子态),在该粒子中,您须要了解两个态的总和。似乎有一条看不见的线联接您的硬币和我的硬币,当我们中的一个人对我们拥有的硬币进行检测时,我们立刻了解到另一种硬币的状态,这超出了我们熟悉的精典随机性。
这也不只是理论上的工作。我们早已创建了一对纠缠的量子(光子,具体来说就是光子),之后彼此远离,直至它们被大距离分开,之后我们有两个独立的检测装置,告诉我们每位粒子的量子状态是哪些。我们使这种检测尽可能接近同时进行,之后聚在一起比较我们的结果。
我们发觉,其实令人吃惊的是,您的结果和我的结果是相关的!在进行这种检测之前,我们早已将两个光子相隔了数百公里,之后在彼此之间的脉宽公测量了它们的量子态。倘若这种光子中的一个具有载流子+1,则可以预测另一个状态的确切度约为75%,而不是标准的50%。
据悉,我们可以立刻“知道”该信息,而毋须等待其他检测设备向我们发送该讯号的结果,这大概须要一微秒。从表面上看,我们可以晓得有关纠缠实验另一端正在发生的事情的一些信息,这种信息除了比光快,但是比光传输信息的速率快几万倍。
具有互补的波函数特点,而且检测一个确定另一个的属性。并且,假如创建两个纠缠的粒子或系统,并检测一个在另一个衰减之前衰减的方法,则应当才能测试是否保留或违背了时间反转对称性。
然而,这是否意味着我们可以使用量子纠缠来以比光速更快的速率传递信息?
虽然是这样。诸如,您可以尝试如下进行实验:
·您在一个(源)位置打算了许多纠缠的量子粒子。
·您可以将一组纠缠的线对远距离(到目的地)运输,同时将另一对纠缠线对保持在源头。
·您有一个观察者在目标处寻觅某种讯号,之后将其纠缠的粒子强制变为+1状态(对于正讯号)或-1状态(对于负讯号)。
·然后,您对源处的纠缠对进行检测,并以小于50/50的可能性确定观察者在目标处选择了哪种状态。
·这其实是实现比光速更快的通讯的极佳设置。您所须要的是一个充分打算的纠缠量子粒子系统,一个商定的系统,用于进行检测时各类讯号的涵义以及进行关键检测的预定时间。虽然是在数光年的距离内,您也可以通过观察仍然携带的粒子,立刻了解在目的地检测的内容。
·对?
·这是一个十分聪明的计划,但根本没法还清。当您从原始来源进行这种关键的检测时,您会发觉一些令人十分沮丧的事情:您的结果仅显示处于+1或-1状态的概率是50/50。似乎从来没有任何纠缠。
·我们的计划在那里断裂?在这一步,我们让观察者在目的地进行观察,之后尝试将该信息编码为量子状态。
·当您采取这一步骤(将一对纠缠的粒子中的一个成员强制变为特定的量子态)时,您将破坏两个粒子之间的纠缠。也就是说,纠缠对中的另一个成员完全不受此“强迫”作用的影响,但是其量子态仍旧是随机的量子纠缠 通讯,为+1和-1量子态的叠加。并且,您要做的就是完全打破检测结果之间的相关性。您“强制”目标粒子步入的状态现今与源粒子的量子状态无关100%。
可以规避此问题的惟一方式是,假如有某种方式可以进行量子检测来强制特定的结果。(注意:这不是数学定律所准许的。)
倘若您可以这样做,这么目的地的某人可以进行观察(比如,了解她们所拜访的行星是否有人居住),之后使用一些未知的过程进行以下操作:
·测量她们的量子粒子的状态
·如果有人居住,结果将为+1,
·或-1(假如该星球无人居住),
·从而使源头观察者与纠缠在一起的对能否立刻找出这个遥远的星球是否有人居住。
不幸的是,量子检测的结果不可防止地是随机的。您未能将首选结果编码为量子测度。
正如量子化学学家盖瑞·奥泽尔(ChadOrzel)所写,进行检测(保持线对之间的纠缠)与强制执行特定结果(其本身是状态的改变)之后进行检测(不进行纠缠)之间存在很大差别。保持)。倘若您要控制而不是简单地检测量子粒子的状态,则一旦状态改变操作发生,您都会丧失对组合系统整个状态的了解。
量子纠缠仅可用于通过检测另一组件来获取有关量子系统一个组件的信息,只要该纠缠保持完整即可。您难以做的是在纠缠的系统的一端创建信息,之后以某种形式将其发送到另一端。倘若您能以某种形式制做出相同的量子态副本,这么显然可以实现比光速更快的通讯,但这也是数学定理所严禁的。
通过借助量子纠缠的奇特数学原理,您可以做好多事情,比如,创建一个量子钥匙系统,而这在纯精典估算中几乎是坚不可摧的。并且,您不能复制或克隆量子状态的事实-仅从读取状态的行为上就可以根本改变它-这是任何可行的方案的棺木,可以通过量子纠缠实现比光快的通讯。
有好多与怎样量子纠缠实际上在实践工作相关的细微之处的,但关键订餐是这样的:有没有可以进行强制特定的结果,同时保持粒子之间的纠缠检测程序。任何量子检测的结果不可防止地是随机的,因而去除了这些可能性。事实证明,上帝确实与宇宙玩色子,这是一件好事。没有信息可以比光明的速率更快地发送,这促使我们的宇宙一直保持因果关系。