第25章 量子糾纏(第1/5 頁)

一、量子糾纏的神秘面紗

量子糾纏是量子力學中極為神秘的現象之一。當兩個或多個量子系統處於糾纏狀態時，它們之間會建立起一種特殊的關聯，這種關聯超越了我們在經典物理學中所理解的範疇。

在量子糾纏中，一個粒子的狀態發生改變，無論它們相距多麼遙遠，另一個粒子的狀態會立即發生相應的變化。這種瞬間的影響似乎無視了時間和空間的限制，給人一種 “幽靈般的超距作用” 之感。

例如，當兩個相互糾纏的粒子被分開後，對其中一個粒子進行測量，若測得其處於某種特定狀態，那麼另一個粒子也會瞬間確定為與之相對應的狀態。這種現象讓人難以理解，因為在經典物理學中，資訊的傳遞是不可能超過光速的。

量子糾纏的這種特性引發了許多科學家的深入思考和研究。阿爾伯特?愛因斯坦、be 波多爾斯基和 n 羅森在 1935 年發表的論文中，對量子力學的完備性提出了質疑，他們認為量子糾纏這種現象似乎違背了經典的物理實在論。埃爾溫?薛定諤在研究這一佯謬時提出了 epr 操控的概念，進一步加深了人們對量子糾纏的認識。

目前，量子糾纏現象已經在微觀粒子如光子、電子，以及介觀粒子如分子、巴克明斯特富勒烯甚至小鑽石等中被觀察到。根據目前實驗顯示，量子糾纏的作用速度至少比光速快 10,000 倍，這還只是速度下限。雖然量子糾纏的效應不能被用來以超光速傳輸經典資訊，並不違反因果律，但它仍然挑戰著我們對物理世界的傳統認知。

二、量子糾纏的研究歷史

（一）epr 佯謬的提出

1935 年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森發表了題為《能認為量子力學對物理實在的描述是完全的嗎》的論文，提出了 epr 佯謬。他們設計了一個思想實驗，考慮兩個曾經相互作用過的粒子，無論相距多遠，始終遙相 “呼應”。比如兩個自旋方向相反的電子，即使它們分別位於銀河系兩側，只要一個自旋方向發生改變，另一個也同時隨之改變。他們認為對一個粒子的測量不會對第二個粒子造成干擾，並給出一個判據：如果人們毫不干擾一個體系而能確定地預言它的一個物理量的值，則對應於這個物理量就存在物理實在性的一個元素。根據這個判據，他們指出量子力學認為粒子的座標和動量不能同時具有確定值，因此它的描述是不完備的。

（二）薛定諤的貢獻

薛定諤在研究 epr 佯謬時提出了 epr 操控的概念，並且創造了 “antu entanglent”（量子糾纏）這一術語。薛定諤進一步表明量子糾纏是量子理論的特徵性質。他透過 “薛定諤的貓” 這一著名的思想實驗，生動地展示了量子力學中疊加態和量子糾纏的奇特性質。在這個實驗中，一隻貓被關在一個裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變是隨機的，如果衰變發生，氰化物將被釋放並殺死貓；如果未衰變，則貓將存活。由於我們無法確定鐳是否衰變，因此在觀測之前，貓的狀態是既死又活的疊加態，而與貓的狀態相關的微觀粒子之間也處於量子糾纏狀態。薛定諤的這些貢獻進一步加深了人們對量子糾纏的認識和理解。

三、量子糾纏的原理探討

（一）基於量子態疊加與量子態塌縮的原理

量子糾纏基於量子力學中的量子態疊加與量子態塌縮原理。在量子力學中，一個粒子的狀態可以同時處於多種狀態之間，這就是量子態疊加。例如，光子在沒有被觀測之前，其自旋可以同時沿著不同的方向，處於多種自旋狀態的疊加。而當我們觀測一個粒子時，它的狀態只被壓縮到一個確定的狀態，這被稱為量子態塌縮。當兩個量子系統在量子態疊加時相互作用，它們的狀態被鎖