量子糾纏本來是相干粒子的基本特性，從量子力學基本理論上看根本就不是一個問題。 比如原子中的電子就是糾纏的，根本就沒有什么疑問。但由于幾個原因這個問題變成了一個非常熱門的課題。
第一： 歷史上最偉大的科學家愛因斯坦不相信超越時空的量子糾纏。 量子力學的基本公式是薛定諤方程，可薛定諤也和愛因斯坦一樣不相信他提出的波函數(shù)可以產(chǎn)生超越時空的量子糾纏。這種超越時空的糾纏不僅和愛因斯坦的相對論沖突，也違反了宇宙中所有的現(xiàn)實邏輯，它讓我們理解的因果律失效，需要腦洞大開才能理解和接受。
第二：超越時空的量子糾纏實驗上非常難實現(xiàn)。按照一般的量子原理，量子理論適用的范圍是微觀粒子在微觀范圍內(nèi)的運動。所謂超越時空的量子糾纏是觀測微觀粒子在宏觀尺度上的關(guān)聯(lián)，并且要求微觀粒子系統(tǒng)不能受到任何干擾。任何外界干擾都可能破壞粒子的相干性。所以盡管上世紀70年代就有人說試驗驗證了量子糾纏，可總被指出實驗中有各種各樣的漏洞，直到2015年才有人宣稱把所有的漏洞都補上后證實了超越時空的量子糾纏。
在討論量子糾纏之前，我們先用我們熟悉的現(xiàn)象說明一下什么是經(jīng)典糾纏。 兩個球彈性對撞后，一般會向相反方向跑走。如果我們測量其中一個球的速度，我們就會知道另外一個球的速度。這就是經(jīng)典糾纏。
我們先看看為什么量子糾纏是量子理論的固有特性。
1. 假設(shè)有兩個電子組成的封閉體系，每個電子都是旋轉(zhuǎn)的（可以上旋，也可以下旋），而系統(tǒng)的總的旋轉(zhuǎn)角動量是0. 按照量子理論，系統(tǒng)的波函數(shù)是這樣的 波函數(shù)= |電子1上旋> |電子2 下旋> + |電子2上旋> |電子1 下旋>
1.1. 在這個系統(tǒng)中，電子1 即可能上旋，也可能下旋（相當于雙縫實驗中電子既可以通過上縫，也可以通過下縫）。同樣電子2 即可能上旋，也可能下旋. 兩個電子是不可區(qū)分的。
1.2. 系統(tǒng)總的旋轉(zhuǎn)角動量是0。如果沒有外界干擾，系統(tǒng)總的旋轉(zhuǎn)角動量是守恒的。無論系統(tǒng)怎樣演化，系統(tǒng)總的旋轉(zhuǎn)角動量應(yīng)該總是0。
2. 現(xiàn)在把這個系統(tǒng)的兩個電子分開，比如把一個留在北京，把另外一個送到海南島，同時保證外界對系統(tǒng)沒有干擾。
2.1. 這時你測量一個電子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，假如我們把留在北京的電子看成是電子1。我們知道測量會造成波函數(shù)坍塌，如果測得的電子1是上旋，系統(tǒng)就變成了： 波函數(shù)= |電子1上旋> |電子2 下旋>
2.2. 為了維持系統(tǒng)的總的旋轉(zhuǎn)角動量是0，當測到電子1是上旋時，我們就知道電子2一定是下旋的?？蛇@時電子2遠在海南島，我們也沒有測量電子2呀.
2.3. 本來電子2可以是上旋，也可以是下旋。你測量電子1時，在北京的電子和在海南島的電子2還糾纏在一起成為一個系統(tǒng)，結(jié)果電子2的狀態(tài)也被改變了。這就是量子糾纏。
2.4. 更有意思的是： 電子2的改變是和電子1同時發(fā)生的。如果電子之間有信息傳遞的話，實驗表明傳輸速度遠遠超過了光速（至少快4個數(shù)量級）?？晌覀冎栏鶕?jù)愛因斯坦的相對論理論，世界上不應(yīng)該存在超過光速的東西。
從上面的介紹，我們可以看到量子糾纏是量子理論中固有的現(xiàn)象。但這種超越時空的糾纏卻是有點瘋狂，超越了人類的固有邏輯和理性思維。量子糾纏的神奇之處就在于，相互糾纏的兩個粒子是一個系統(tǒng)，測量其中一個粒子就破壞了整個系統(tǒng)，可以超越時空去影響到另一個粒子的狀態(tài)，盡管二者之間不存在任何作用力、沒有任何形式的信息相連，沒有任何方法可以彼此溝通。這真是詭異至極啊！所以量子糾纏也超過波粒二相性成為史上最怪、最不合理、最瘋狂、最荒謬的量子力學效應(yīng)。至今的試驗證實了超越時空的量子糾纏確實是存在的！并且現(xiàn)在已經(jīng)開始應(yīng)用在量子通信中了。
量子糾纏和經(jīng)典糾纏有什么區(qū)別呢？ 既然從量子理論中可以看到糾纏是電子系統(tǒng)的固有的本性，難道愛因斯坦等人反對量子理論嗎？愛因斯坦也承認糾纏態(tài)的粒子是存在的。但他認為量子理論中波函數(shù)的表達有問題。他認為這樣寫的波函數(shù)，波函數(shù)= |電子1上旋> |電子2 下旋> ， 數(shù)學上是不完備的。因為這樣寫等于兩個電子是能孤立分開的。而分開后的電子就不應(yīng)該再有超越時空的糾纏。如果把波函數(shù)改寫成不可孤立分開而是相互一直有糾纏的，比如有人提出隱變量理論，把波函數(shù)寫成這樣： 波函數(shù)= |電子1上旋> |電子2 下旋>|電子1和2關(guān)聯(lián)部分>
按照這樣的波函數(shù)方式，愛因斯坦認為電子糾纏是存在的。但是糾纏發(fā)生的機制是這樣的：一對糾纏態(tài)的粒子更像是一雙手套。想象把一雙手套分開放置于兩只箱子中，然后一只箱子交給你保管，另一只箱子則放置于南極洲，在你開箱以前就知道箱子里要么放著左手套要么放著右手套，兩個箱子的手套是配對的。然后你打開箱子，如果看見左手的手套，在這瞬間，就算沒人看過南極洲的箱子，你也能夠知道那里裝的是右手的手套。這一點也不神秘，你打開箱子，顯然不會影響到另一只箱子里的手套。你身邊的這只箱子裝著左手的手套，而南極洲的那只箱子則裝著右手的手套，這是在當初分裝時就已決定了的。
看明白了嗎？愛因斯坦認為所謂的糾纏態(tài)實際上經(jīng)典糾纏：電子的一切狀態(tài)在它們彼此分離的時候就已經(jīng)決定了。這就是所謂的決定論。我們現(xiàn)在總結(jié)一下愛因斯坦和波爾爭論的焦點： 首先大家都承認有量子糾纏存在。 兩個人的根本差別在糾纏是怎么產(chǎn)生的（還是量子解釋問題）。
愛因斯坦不相信有遠距離超越時空的鬼魅般的電子關(guān)聯(lián)，而認為粒子在被觀測前就已經(jīng)決定了狀態(tài)。
波爾代表的哥本哈根學派認為在觀測以前兩個電子是一個關(guān)聯(lián)的整體，在觀測之前根本無法區(qū)分兩個電子。所謂的一個電子在北京，另外一個電子在海南本身就有問題，只有觀測后我們才能那樣說。由于整體系統(tǒng)是互相關(guān)聯(lián)的，所以糾纏中不存在信號傳遞問題，不需要事先決定。
現(xiàn)在就存在一個挑戰(zhàn)：我們怎樣才能驗證他們誰對誰錯呢？ 當然是靠物理實驗！ 問題是他們討論的是波函數(shù)，而波函數(shù)不是可觀測量。而能觀測的糾纏結(jié)果，兩個人都是承認的。 所以這個爭論持續(xù)了很多年也沒有答案。
3. 1964年約翰·貝爾研究了愛因斯坦的思想，根據(jù)愛因斯坦的理論做出了一個可試驗驗證的預(yù)言:如果愛因斯坦的理論成立實驗結(jié)果會是什么樣的。1967年約翰-克勞澤讀了貝爾的論文后就決定把這個實驗當作自己的博士論文題目，試圖想推翻量子力學理論，證明愛因斯坦是正確的（因為愛因斯坦的觀點符合我們的經(jīng)驗法則）。經(jīng)過多年反復(fù)重復(fù)和改進自己的實驗，他得到的結(jié)論是：“我再次為自己沒能推翻量子力學而感到難過，因為無論是在當時還是現(xiàn)在，要我理解量子力學都是很困難的?！?/span>
4. 幾點結(jié)論：
4.1. 量子糾纏，是量子力學里最古怪的東西。即使腦洞大開我們可能還是很難領(lǐng)會它，我們只能說，世界就是如此運作的，接受這個結(jié)果吧。
4.2. 量子力學是非定域的，這在物理界基本上是公認的結(jié)論。至于這結(jié)論背后是不是真的隱藏著超光速，人們?nèi)匀徊荒艽_定，盡管它表面上看起來似乎是一種類似的效應(yīng)。量子力學非定域性的認可，并不等于相對論被推翻，相反，相對論和量子論兩者至今仍然是我們所能依賴的最可靠的理論基石。
4.3. 量子糾纏確實挑戰(zhàn)了我們傳統(tǒng)理解的因果關(guān)系。通常我們認為有因果關(guān)聯(lián)的兩個事件A，B一定有時間順序。原因A事件一定要發(fā)生在結(jié)果B之后。而在量子過程中，我們看到事件不會按照這樣的確定順序發(fā)生，A可以有時在B后面，或者A，B同時發(fā)生。這種反直覺的現(xiàn)象被稱為“因果不可分離性”（causal nonseparability）。哥本哈根學派認為微觀量子體系中在被觀測記錄之前本來就沒有什么事件A或者B，沒有確定的過去或未來，所以也就沒有傳統(tǒng)的因果律的問題。
5. 討論：
5.1. 至今的量子理論和實驗都證實了哥本哈根派的理論：在觀測之前我們無法討論量子體系的宏觀物性，比如電子的位置（空間），時間?；蛘哒f如果沒有觀測我們不能說有實體的電子存在。
5.2. 兩個電子，兩個光子可以發(fā)生量子糾纏，兩個人呢？ 如果兩個人腦里的神經(jīng)元可以糾纏的話，是不是就是所謂的心靈運輸（Teleportation），心靈感應(yīng)（Telepathy）？
聯(lián)系客服
