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量子纠缠是怎么发现的?

想详细了解量子纠缠的话,可以看我的一篇文章《量子纠缠:为何成了 “心灵感应”“神秘主义”的代名词?》

现在科学家们认为,纠缠是一种新的基本资源,其重要性可以和能量、信息、熵或任何其他基本的资源相比。不过目前还没有描述纠缠现象的完整的理论,人们对这种资源的理解还远不够深入。有人把纠缠比喻为“青铜时代的铁”,它可能会在下一个历史时代大放异彩。

对量子纠缠的种种误解,经常出现在各种半吊子“科普”文章或者装神弄鬼的文章中。这里来稍稍解释一下。

最经常见到的误解是:量子纠缠是个非常神奇的现象,没有人知道它的机制是什么。

实际情况是:量子纠缠的机制就是上面说的这些,叠加原理,测量时的突变,直积态和纠缠态的区别。其实量子纠缠是一个被理论预言然后确实观察到了的现象,而不是意外的实验发现,所以,科学家怎么可能不知道它的机制呢?

如果你觉得这些不像个“机制”,那么请你想想,2 + 3 = 5的机制又是什么?我们只能说,2 + 3 = 5是自然数理论的必然推论,自然数理论就是它的机制。量子纠缠现象就是量子力学原理的必然推论,你不可能把量子力学之外的东西搞成它的机制。

经常有人脑洞大开地提议,量子纠缠的机制是,两个相距遥远的粒子在高维空间里连在一起,或者说它们的“内部距离”为零,我们平时看到的三维空间是高维空间的投影。这种说法看起来很机智,实际上没有什么用处。因为它完全是为了解释量子纠缠这一个现象而提出来的,而且只是定性解释,不能给出任何定量预测,也不能用到任何别的现象上。这只是一种语言游戏而已。

就像有的原始人看到飞机飞行觉得很神奇,造个理论说有一只大鸟的魂灵在这铁鸟里面托着它飞,在其他原始人看来好像很有道理,在内行看来却是多此一举。真要想理解飞机的原理,你就必须学空气动力学。同样,真要想理解量子纠缠的原理,你就必须学量子力学,舍此别无他途。

还有一种常见的误解,是以为任何两个粒子都会横跨整个宇宙同步变化。实际情况是,只有处于纠缠态的两个粒子才会这样。这是一个需要条件的现象,不是无条件的,而且在实验上精确制备这种条件还很不容易。

量子纠缠是一种多粒子体系的现象,而粒子越多,操纵起来当然就越困难。所以你会不时地看到这样的新闻:中国科学技术大学潘建伟团队实现了x个光子的纠缠态,刷新了以前同一研究组创造的y个光子纠缠的世界纪录。最新的x = 10,y = 8,这是2016年12月的消息。多次打破世界纪录的撑杆跳高名将布勃卡和牙买加飞人博尔特,就是这个feel!

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