量子纠缠
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量子纠缠,即在量子力学里,当几个基础粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,则称这现象为量子缠结或量子纠缠(quantum entanglement)[1]。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象;在经典力学里,找不到类似的现象[2]:121。
假若对于两个相互纠缠的基础粒子分别测量其物理性质,像位置、动量、自旋、偏振等,则会发现量子关联现象。例如,假设一个零自旋粒子衰变为两个以相反方向移动分离的粒子。沿着某特定方向,对于其中一个粒子测量自旋,假若得到结果为上旋,则另外一个粒子的自旋必定为下旋,假若得到结果为下旋,则另外一个粒子的自旋必定为上旋;更特别地是,假设沿着两个不同方向分别测量两个粒子的自旋,则会发现结果违反贝尔不等式;除此以外,还会出现貌似佯谬般的现象:当对其中一个粒子做测量,另外一个粒子似乎知道测量动作的发生与结果,尽管尚未发现任何传递信息的机制,尽管两个粒子相隔甚远。
阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和纳森·罗森于1935年发表的爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬(EPR佯谬)论述到上述现象[3]。埃尔温·薛定谔稍后也发表几篇关于量子纠缠的论文,并且给出“量子纠缠”这一术语[4][5]。爱因斯坦认为这种行为违背定域实在论,称之为“鬼魅般的超距作用”(spooky action at a distance),他总结,量子力学的标准表述不具完备性。然而,多年来完成的多个实验证实量子力学的反直觉预言正确无误,还检试出定域实在论不可能正确[6]。甚至当对于两个粒子分别做测量的时间间隔,比光波传播于两个测量位置所需的时间间隔还短暂之时,这现象依然发生,也就是说,量子纠缠的作用速度比光速还快。最近完成的一项实验显示,量子纠缠的作用速度至少比光速快10,000倍[7][8]。这还只是速度下限。根据量子理论,测量的效应具有瞬时性质[9][10]:421-422。可是,这效应不能被用来以超光速传输经典信息,因此并不违反因果律[10]:428。详情见通信禁律(英语:No-communication theorem)一文。
量子纠缠是很热门的研究领域。像光子、电子一类的微观粒子,或者像分子、巴克明斯特富勒烯、甚至像小钻石一类的介观粒子,都可以观察到量子纠缠现象[11]:263-270[12]。现今,研究焦点已转至应用性阶段,即在通讯、计算机领域的用途[2]:150,然而,物理学者仍旧不清楚量子纠缠的基础机制。