量子糾纏：愛因斯坦眼中的鬼魅般超距作用

從19世紀末到20世紀初，量子力學在大量物理學家的努力下得到了快速發展並被完善起來，解決了許多經典物理學理論無法解釋的現象。

但在當時，物理學家們對於量子力學基本原理的解釋並沒有達成一致。正是由於各方都堅持己見，才有了著名的愛因斯坦與玻爾之間的論戰。在論戰中，愛因斯坦堅持的觀點是：「上帝不會擲骰子。」並以此反對海森堡提出的不確定性原理。而玻爾對此反駁道：「親愛的愛因斯坦，請你不要指揮上帝做什麼。」就這樣，愛因斯坦以一個悖論的疑問提出了量子糾纏。

關於量子糾纏的現象，在前期推送中，我通過兩個關於硬幣的例子進行了一個簡單的介紹。但是在第二次介紹之前，我要說明一點，在真實的量子世界裡，糾纏的粒子可以是兩個或兩個以上，而且糾纏的狀態要比硬幣的例子複雜得多。

以下內容（波爾的觀點）來自往期推送《嘿！給大家介紹一隻神奇的小貓咪》：

假設現在我手中有兩枚硬幣，我們把這兩枚硬幣假設成一對相互糾纏的粒子。當我拋擲硬幣時，硬幣最後會出現兩種結果，要麼正面朝上，要麼反面朝上。現在我同時拋擲兩枚硬幣，落地後我隨機觀察其中一枚硬幣的結果，若我觀察到的硬幣為正面，那麼根據量子糾纏原理，另一枚硬幣必定是反面（注意這是在假定兩個硬幣為一對相互糾纏的粒子的情況下，而在現實的宏觀世界中，這種現象並不存在）。

如果還是不太明白，我再假設另一種實驗。現將這對相互糾纏的硬幣放置桌面，必定是一枚正面向上，另一枚反面向上。現在我將正面朝上的硬幣翻過來改成反面朝上，那另一枚硬幣會即刻轉變為正面向上。而且不管這兩枚硬幣相距多遠（哪怕是在宇宙兩端），這種現象都會毫不延時的發生。

而愛因斯坦卻不這麼認為，他指出量子間的糾纏不像硬幣例子里的那樣，而是一對手帕分別裝在兩個箱子內。當你打開其中一隻箱子看到一隻手套時，如果它是左手手套，那麼另一個箱子必定是右手手套。也就是說愛因斯坦認為量子糾纏是早已被安排好的，並不是由於某一粒子狀態的改變使另一個粒子狀態同時改變的。

後來貝爾進行了一次實驗，實驗的結果讓他大吃一驚不敢相信，實驗證明波爾是正確的，愛因斯坦是錯誤的。但此時的愛因斯坦早已逝世，他一直到死也沒有完全認識到波爾其實是正確的。

在量子科技領域，量子糾纏被應用在量子計算和量子通信領域。其中最廣為人知的便是量子通信。我國在2016年發射的墨子號量子科學衛星的主要任務就是實驗基於量子糾纏現象所開發的量子通信技術。

以上內容來自360百科

量子通信的基本思想是：

將原物的信息分成經典信息與量子信息兩部分，它們分別經由經典通道和量子通道傳送給接收者。在這個過程中，由於需要經典通道的參與，所以信息的傳播速度並沒有超過光速，這與相對論並不違背。

信息發送者首先對原物質進行某種測量從而獲得經典信息，然後這一經典信息需要發送者通過經典信息通道（如電話，網路等）發送給接收者。發送者在測量中未提取的其餘信息就是量子信息，接收者可以通過量子糾纏原理推測；接收者在獲得了這兩種信息後，就可以製備出原物量子態的完全複製品。但要注意的是該過程中傳送的僅僅是原物質的量子態，而不是原物本身。

在這個過程中發送者甚至可以對這個量子態一無所知，而接收者是將別的粒子處於原物質的量子態上。但糾纏態的非定域性在這個量子通信方案中起著極其重要的作用。

關於量子糾纏，雖是愛因斯坦提出，但他也無法正確解釋並感到不可思議，所以稱其為粒子間鬼魅般的超距作用。雖然最終證實愛因斯坦錯了，但他對於量子力學的發展依然起到了重大作用並且他在物理學其他方面為人類指明了正確的前進道路。所以愛因斯坦在量子力學上的錯誤並不能否認他永遠是人類科學史上的偉人。

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