量子纠缠就是从EPR之争,才开始被人注重的。一开始虽然是爱因斯坦为了用量子纠缠来证明量子热学的不完备性。他提出一个隐变量理论。还是简单给你们回顾一下历史,请看下文。
1935年,爱因斯坦、博士后罗森、研究员波多尔斯基合作完成论文《物理实在的量子热学描述能够被觉得是完备的?》,而且将这篇论文发表于5月份的《物理评论》。这是最早阐述量子热学理论对于强关联系统所做的反直觉预测的一篇论文。
在这篇论文里,她们详尽叙述EPR佯谬,企图借着一个思想实验来阐述量子热学的不完备性质。她们并没有更进一步研究量子纠缠的特点。
薛定谔阅读完毕EPR论文以后,有好多心得看法,他用法文写了一封信给爱因斯坦,在这封信里,他最先使用了术语änkung(他自己将之翻译为“纠缠”),这是为了要形容在EPR思想实验里,两个暂时耦合的粒子,不再耦合然后彼此之间仍然维持的关联。
不久以后,薛定谔发表了一篇重要论文,对于“量子纠缠”这术语给与定义,但是研究探求相关概念。薛定谔感受到这概念的重要性,他表明,量子纠缠不只是量子热学的某个很有意思的性质,而是量子热学的特点性质;量子纠缠在量子热学与精典思路之间做了一个完全切割。就像爱因斯坦一样,薛定谔对于量子纠缠的概念并不满意,由于量子纠缠显然违背在相对论中对于信息传递所设定的速率极限。后来,爱因斯坦更讽刺量子纠缠为鬼魅般的超距作用。
EPR论文很其实地导致了诸多数学学者的兴趣,启发她们阐述量子热学的基础理论。而且不仅这方面以外,化学学者觉得这论题与现代量子热学并没有哪些牵连,在以后很长一段时间,数学学术界并没有非常注重这论题,也没有发觉EPR论文可能有哪些重大瑕疵。
EPR论文企图完善定域性隐变量理论来取代量子热学理论。1964年,约翰·贝尔提出论文表明,对于EPR思想实验,量子热学的预测显著地不同于定域性隐变量理论。概貌而言,如果检测两个粒子分别顺着不同轴向的载流子,则量子热学得到的统计关联性结果比定域性隐变量理论要强好多,贝尔不方程定性地给出这差异,做实验应当可以探测出这差异。为此,数学学者做了好多检试贝尔不方程的实验。
1972年,约翰·克劳泽与史达特·弗利曼()首先完成这些检试实验。1982年,阿兰·阿斯佩的博士论文是以这些检试实验为题目。她们得到的实验结果符合量子热学的预测,不符合定域性隐变量理论的预测,因而否认爱氏的定域性隐变量理论不创立。并且,至今为止,每一个相关实验都存在有漏洞,这导致了实验的正确性受到指责,在作总结之前,还须要完成更多精确的实验。
这种年来,诸多的卓越研究结果促使了应用这种强悍关联来传递信息的可能性,因而造成了量子密码学的成功发展,最知名的有查理斯·贝内特()与吉勒·布西藏()发明的BB84合同、阿图尔·艾克特(Artur)发明的E91合同。
2017年6月16日,量子科学实验卫星墨子号首先成功实现,两个量子纠缠光子被分发到相距超过1200公里的距离后,仍可继续保持其量子纠缠的状态。
看了前面的量子纠缠相关历史,大家肯定有想提问的。我来帮大家问!
1.量子纠缠引导的量子密码学为什么安全?
2.量子纠缠的距离,都达到了最新的1200公里了,是不是说它早已超光速了?证明想对论是错误的。
3.怎样理解量子热学这些“超光速”,是真的超光速吗?
4.量子纠缠的机制,本质是哪些?
第一个问题:量子纠缠传输为何安全量子传输人体,很简单就是由于量子纠缠态是一个系统,是一个整体。它之所以安全,是由于它难以被干扰,或则侵入。通常侵入或干扰,量子纠缠解除,传输中止。量子纠缠不像我们的笔记本,遭到黑客侵入,笔记本还在运行。量子纠缠态倘若遭到侵入,就停止了这种状态的传输。但这儿你们要理解“传输”这个词,不是日常我们理解的那样。把一个东西,送到一个地方。就例如我给你发一个电邮,这叫传输。量子纠缠如今做不到这样的。
第二个问题:量子纠缠没有实现真正意义上的超光速,相对论是正确的。
第三个问题:既然量子纠缠没有实现真正意义上的超光速。那我们该怎么理解。我当初在《变化》举一个反例。很浅显,以便你们理解。我再叙说一下这个反例。
浅显一点解释可以这样理解,两个或两个以上的粒子的量子纠缠态是一体的东西,在一个波函数描述之下,和距离无关。
就好象是两个人坐一个跷跷板玩。A和B坐在前面的时侯,就有了这些超关联联系,即纠缠。A下去,B必然上来;相反B下去,A立即上来。但我们不能说这些联系是超距的,也就是不能说A和B之间的变化是超光速完成的。要晓得这和A和B之间的距离“无关”,与她们之间的联系态有关。
再直白一点简单一点就是,你不能说你和你自己是有距离的,由于你和你自己原本就是一个人,一体的。哪来的距离?我和你之间才有距离!懂了吗?就是这个意思。
假如你还不懂,我再举一个反例。这个反例你要还不能理解。那我就摇头了。想像力短缺了。
你的脑部是一个系统,很复杂,很神奇。这是我们公认的。你如今想像一下,你脑部中有两个粒子。一个叫月球,一个叫太阳。你一跃,不到1秒从月球跳到太阳上了。
现实中光要走8分钟,你1秒中靠想力里完成了。这叫超光速吗?虽然我要抒发的是你就没有走距离!重点是理解这个!
之所以想到用这个给你们举例,是由于有人网路新闻文章说心灵感应,就是一种量子效应。这是种大胆的假定,这些现象报导了多起。电视上我也见过,专门搜过看的。
你会发觉,所有的这些心灵感应案例。多以父亲与儿女,多以胞胎为案例的。极少有以隔代的,或邻居间的,或父母的。为何?
虽然还挺值得思索的,但我承认这不够严谨。
我的思索观点是这样:假如两个人共用过一个身体,或在某种程度上共用过一个脑部,或则也可以说一个系统。这么这些感应应当要强。这么就符合胞胎,符合父母与儿女之间的现象。
由于她们都共同使用过一个生命系统。万物是有联系的,万物也有幅射。假如这些幅射,这些能量有距离传输的这些感应,这么胞胎,以及妻子与儿女之间的感应是最有强悍关联的。和量子纠缠有相像之处。所以此类大胆假定,我不抵触。而且我就是这样思索的。
但说这些思索,不严谨。也是我第一次写在科普书籍中的。虽然这思索,我在写《变化》的时侯,就出现过。但明天似乎更适宜来引申一下。作为科普启发,我认为不为过。
不严谨是因为人是宏观的,记住。目前量子纠缠在精典热学还没有被发觉过。
但记住,虽然有三天这些心灵感应被觉得是确定的,实验否认的。我仍然对相对论有信心。由于我在里面说了,我仍然觉得这些心灵感应现象是一个整体的。也谈不到真正意义上的超光速。
通过前面的几个事例,也就是说量子纠缠信息传输技术也是有限制的。它必须在这个“跷跷板”系统中。
那好多人可能又要打断其他的人的问题,开始新的发问:“那哪些才是真正意义上的超光速,超光速传输?”
很简单,热火速率小于光速叫超光速!真正意义上的超光速传递是要传递有效信息的,携带东西的。有人指责说,你让马刺超光速,不是开玩笑吗?如何可能!你要这样抨击,我还挺高兴,说明你也觉得不可能。由于一个灰熊所携带的信息太多,物质太多。
这么换一个你觉得可能不?把一个1G影片传以超光速传给任何人,也算。你觉得可以实现吗?或则一首歌,超光速传递给我。都算传递有效信息。假如不能传递有效信息,那就不是超光速。那就是没有传递!那就是没有传递!懂了吗?就是这个意思。你和你的距离是零,你做的任何动作,都不须要你和你之间传递。
正像汤卫东院长说:量子隐型传态,是在一对量子纠缠资源的辅助下,将某个未知量子态信息传递到另外一个地方。传递的是信息,而非物质。若用“瞬间转移”来形容,转移的也只是量子态,并不是粒子本身。
现今来回答,最后一个问题:量子纠缠的机制是哪些?
我在《变化》中说过,量子纠缠的超光速是表象,虽然在本章中也说明了这点。但量子纠缠的机制,我没有敢在《变化》中写,由于实在是想不出。翻了很多资料,看了很多文字,还是一头雾水。
我倒并不是怕大家骂我,否则我写完《变化》之后,就不会写这本了。实在我有时间,之后我又喜欢这种东西。之后我发觉还没有这样一本书,让我这样的物理基础差的人,能看懂的科普书籍。
那我不乐意等,等他人写下来,我再看。时间有限,赶快行动吧。我自己写吧。就这样,我开始写了。有多有意思,有多有烧脑,有多有费双眼我就不说了。其实,我很享受这过程。
明天我要写量子纠缠的机制,其实是大胆假定。给他人启发,就是给自己惊喜。
首先你们这样理解:一个量子系统是由几个处于量子纠缠的子系统组成,而整体系统所具有的某种化学性质,子系统不能擅自具有,这时,不能否对子系统给定这些化学性质,只能对整体系统给定这些化学性质,它具有“不可分性”。
不可分性不一定与空间有关,处于同一区域的几个数学系统,只要彼此之间没有任何纠缠,则它们各自可拥有自己的化学性质。化学学者艾雪·佩雷斯(AsherPeres)给出不可分性的物理定义式,可以估算出整体系统究竟具有可分性还是不可分性。
假定整体系统具有不可分性,但是这不可分性与空间无关,则可将它的几个子系统分离至两个相隔遥远的区域,这动作展现出不可分性与定域性的不同──即使几个子系统分别处于两个相隔遥远的区域,仍然不可将它们个别处理。在EPR佯谬里,因为两个粒子分别处于两个相隔遥远的区域,整体系统被觉得具有可分性,但因量子纠缠,整体系统实际具有不可分性,如同一个“跷跷板”系统,这是我反复指出的。
那这个系统是哪些呢?肯定是一种场。从发生的纠缠粒子“同源”性质我们可以有这样的认识。确切来说量子传输人体,是一种电磁场。
再来看看里面的那幅图,以易于理解量子纠缠机制。
以里面的量子纠缠为例,我们可以这样理解。激光就是运动光,光是电磁波。也可以说激光就是运动的电磁场。
理论上电磁场的幅射范围是无限远的。也就说理论上量子纠缠粒子间的距离可以达到无限远。但现实中无法实现,由于场强与距离r是有关的。我自己按照上图画一个升级版的。图画的不好,拜谢。便捷你们理解。
整体的场就仿佛这个大扬声器形状的图,但量子纠缠对的每一种情况可以单独视为一个小系统。可以叫“量子微场”,这样我们把A2和B2的量子纠缠对微场系统叫L,其他两个分别是L1和L2.
L到L1,到L2的距离是降低的,A1和B1虽然是A2和B2到L1的情况。A和B似乎又是A1和B1到L2的情况。在这个变化过程中,量子纠缠对粒子之间的距离减小了,量子纠缠对与晶体的距离也减小了。
这就是说理论上而言,量子纠缠对之间的距离可以达到无限远。目前最新的检测1200公里。但现实中不能实现无限远。是由于量子纠缠机制很敏感。距离场源越远,强悍联系是递减的。换句话讲就是距离越远越容易被干扰,而促使纠缠态解除。
在这儿要指出,量子微场这个概念,是为了将量子纠缠对看作整体而在大场范围内的运动的构想。量子微场是包括在大电磁场的范畴内的。
这样我们在检测的时侯,为何会得到两个粒子相联系的现象就好理解了。由于这是一个系统,而两个粒子运动状态数目是有限的。
两个互相纠缠的粒子分别检测其化学性质,像位置、动量、自旋、偏振等,则会发觉量子关联现象。诸如,假定一个零载流子粒子衰变为两个以相反方向联通分离的粒子。顺着某特定方向,对于其中一个粒子检测载流子,如果得到结果为上旋,则另外一个粒子的载流子必将为下旋,如果得到结果为下旋,则另外一个粒子的载流子必将为上旋。
为何会出现这些情况呢。很其实两个量子纠缠态粒子是用一个波函数来描述的。粒子的运动状态态数是与载流子有关的。此类情况就类似将这个量子微场看作一个“费米子”,当你对两个纠缠粒子检测时侯,她们不能同时处于同一种运动态。所以会出现一个上,一个下。或一个下,两一个上。虽然挺好理解,就是同一个人,你可能同时在两个地方。
所以理解量子微场是很重要的,整体性是不能脱离的。这就是量子纠缠的机制。
所以按照我的理论,有以下预测。
1、量子纠缠的粒子宽度,就会扩大。不会止于1200公里。但这个距离会有限制。由于干扰未能杜绝。这是客观上的。
2、量子纠缠属实不能说明量子热学的不完备性。事实上完备性才是不存在的。我这样说不是说世界或量子体系是不确定的。是由于我们难以把握完备性的所有诱因,所以理论无论从实验,还是数据来看,都是不完备的。但世界的确定性,早已包含在世界规律逻辑之中的!!你一定要理解这句话,能够理解为何世界是确定的。
如同维特根斯坦在《逻辑哲学》中说的,一个风波发生了,一定是这些发生的条件早就包含在逻辑之中了。
3、看到过用量子纠缠研究时间的论文,量子纠缠和时空有联系,但要探究时间的本质。用量子纠缠还远远不够。甚至说不是主要矛盾,所以时间不应当借此为主线研究。时间还是我在《变化》中的观点那样。是客观存在的,时间是能量物质,在引力场中的位置以及运动速率的应变测度过程。在我们没有对量子和宏观世界的界限作出判断之前,时间体系就不应当一分一二。
4、量子纠缠和夸克禁闭是状态相反的两种状态。量子纠缠随距离变大,强悍关联性减小。夸克禁闭相反,随着距离减小,强悍关联性降低。所以强互相斥力,最大。
以上就是我对量子纠缠的认识和理论。我晓得再写2万字,也能够有好多延展。我们的认识永远是推进的。
摘自独立学者,科普画家灵遁者量子热学书籍《见微知著》