如何理解量子擦除實驗？

謝邀。

量子擦除實驗說穿了一點都不神秘，根本不涉及什麼「觀察改變結果」或者「現在決定過去」，唯一核心的思想就是「量子力學有特殊的關聯性」。注意，它只涉及關聯性，而跟因果聯繫毫不相干。

什麼叫關聯性？簡單舉個栗子：你每天出門發現自己不打傘的時候鄰居也不打傘，自己打傘的時候鄰居也打傘，你和鄰居打不打傘這事的關聯性就是100%。但是有關聯性並不意味著有因果聯繫，就上面這個例子而言，不能說鄰居和你有心靈感應，你一打傘他就非打傘不可。事實上，你們打傘的原因都是因為天下雨了。就算你把自家的傘全扔掉以至於永遠打不了傘，鄰居碰到下雨還是照樣會打傘。

回到量子擦除實驗上來，這實驗的基本道具是什麼呢？就是一對對處於糾纏態的粒子。處於糾纏態的兩個粒子有特殊的關聯性，具體是什麼關聯性因不同的糾纏態而異。實驗里常用的糾纏態是極化糾纏態，對應的關聯性就是比如兩個粒子自旋相反或者（對光子來說）偏振方向垂直之類的。但有關聯性不表示有因果聯繫，更不表示有相互作用。拿一對處於糾纏態的粒子A和B過來，不管你對A做任何事情，B都完全感覺不到，單獨對B做的任何實驗都絲毫不受A的影響。

記住上面加粗的字之後，量子擦除實驗就毫無神秘性可言了。下面看看量子擦除實驗幹了點什麼吧：

1. 把每一對糾纏態光子中的一個拿出來，直接做雙縫干涉實驗，有干涉條紋，天經地義。

2. 把每一對糾纏態光子中的一個拿出來，在每一條雙縫前各放一個快軸方向互相垂直的四分之一波片，再做雙縫干涉實驗。四分之一波片的作用是讓快軸方向偏振的光與慢軸方向（垂直於快軸方向）偏振的光的相位差增加90度。單看糾纏態中的一個光子的話，它處於完全非極化的混合態，也就是說以50%的經典概率分別處於兩個互相垂直的偏振方向。由於兩個四分之一波片的作用，某一四分之一波片的快軸或慢軸方向偏振的光的干涉條紋的亮處正好對應與之偏振方向垂直的光的干涉條紋的暗處，兩者疊加的結果就是沒有干涉條紋。這事也天經地義。

3. 在2的前提下，在每一對糾纏態光子中的另一個的路徑上擺一個偏振片，偏振片方向與那兩個四分之一波片的快軸或者慢軸方向一致。這麼做對雙縫實驗這邊有什麼影響么？完全沒有，還是沒有干涉條紋。這同樣天經地義。

4. 既然沒影響，那這實驗還做個什麼鬼？他們當然得做點事情：做了個符合測量。什麼意思呢？就是說他們只在另一邊的光子能夠通過偏振片被探測到的時候才把雙縫實驗這邊光屏上探測到的光子事例標記一下，事後只拿標記過的光子出來，看它們有沒有組成干涉條紋。這種情況下這些被標記的光子當然組成了干涉條紋，組成干涉條紋的光子只佔所有探測到的光子的一半。這事說明了組成糾纏態的兩個光子之間有特殊的關聯性（能通過偏振片的光子對應

的光子

能組成干涉條紋）

，但也就僅此而已了，並不會出現「現在決定過去」這樣荒謬的事情。

當然了，雖然只是這麼一件小事，但意義可以說得天花亂墜。比如可以以與四分之一波片快軸夾角45度的兩個互相垂直的偏振方向為基來說事，那2里就是把這兩個方向偏振的光子變成了左旋和右旋偏振的。然後如果光子是這兩個偏振方向之一的（靠4的方法做符合測量），那就可以用左旋和右旋來區分光子通過的是哪條縫，此時沒有干涉條紋；而如果光子的偏振方向是快軸或慢軸方向（如3、4中所說），則無法知道左旋和右旋對應哪條縫，此時又有干涉條紋了。於是這東西一下子就高大上地證明了「要看干涉條紋就不能知道光子走哪條縫」，但實際上只不過是在光屏探測到的所有光子事例里按某種條件挑選事例而已，能挑出「有干涉條紋」或者「沒幹涉條紋」的事例一點都不稀奇。

請您繼續閱讀更多來自 知乎 的精彩文章:

※這個量子實驗如何顛覆了因果律？
※如果你对量子力学不感到困惑，说明你根本不理解量子力学
※通過禪定就能認識真理？請勿曲解量子力學
※量子真空，如何描述
※量子糾纏是如何實現的？量子糾纏的定義
※量子實驗證實，在我們看到之前現實不存在！
※量子物理學家喊你來做實驗
※量子力學是非定域的理論，又是如何實現的？
※量子物理或可解釋祖父悖論
※薛鵬：由量子理論轉向實驗，背後儘是辛酸
※量子糾纏是理解量子理論的障礙之一，如今還是要依靠愛因斯坦
※你完全可以理解量子信息
※愛因斯坦的物理神話，被量子延遲實驗徹底打破
※《寶寶的量子物理學》我們應該如何講給孩子聽？
※顛覆因果關係的量子延遲實驗，你被震撼了嗎
※如果你對量子力學不感到困惑，說明你根本不理解量子力學
※世界首個海水量子通信實驗成功，量子通信如何實現？
※超冷原子實驗驗證量子相變的時空對稱性
※量子實驗顯示時間可倒流！太神奇了！