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量子纠缠是什么?量子纠缠超光速,却不能传递信息

时间:2019-07-11 00:58:03 浏览量:
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上个世纪是人类科学技术突飞猛进的时代。具体到物理上,人类建立个两大科学支柱,一个是爱因斯坦那著名的相对论,另一个便是由众多科学家一起努力而筑建的量子力学!

量子纠缠是什么?量子纠缠超光速,却不能传递信息 量子纠缠是什么?量子纠缠超光速,却不能传递信息

或许,你认为量子力学距离你的生活很遥远,但这只不过是你的误解而已!事实上,我们如今所应用的所有科技产品几乎都涵盖了量子力学。在现代,量子力学的应用程度远远大于相对论。因为我们通常认为相对论是爱因斯坦一个人的成果,所以,个人英雄主义的光辉形象就会让相对论深刻的扎根在人们的脑海中,也就导致了相对论的知名度大于量子力学。但事实上,量子力学在目前的科学应用方面远大于相对论。 相对论效应更多的是在接近光速的情况下很实用,但是我们生活却远远小于光速。

量子力学是研究微观世界的一门科学理论。这么说吧,世间万物都是由基本的原子,电子等基本粒子构成。你或许经常听说,电子,原子,质子,中子等等粒子。那些粒子就是构成我们宏观世界的最基本粒子。你或许听到“量子”二字几乎都是和量子力学,量子通信,或者量子纠缠连在一起的。但是“量子”到底是什么东西?它比电子,原子还小吗?

其实量子只是一个物理概念而已,并不是具体的实在粒子。我们知道电磁波的传播子就是光子,所以光子也就是电磁波的量子,也就是光量子,简称光子。因为我们知道,光子是构成电磁波的最基本的单位,所以就是量子的。其实任何物质都是由一个最基本,不可再分的单位构成,而这个最基本的单位就是这个物质的量子。

量子概念的提出很有意思,一开始普朗克发现了黑体辐射的不连续性不能通过经典力学来解释。通俗一点说,就是一个完全黑的东西,这个完全黑的东西会吸收一切光线。但是科学家发现,光被黑体吸收不是连续的。因为人们一开始不知道光是由光子构成的,所以黑体吸收光线应该是连续的。但是实验数据却表明,黑体吸收光线是一份一份的,并不是连续的。之后的爱因斯坦推广了量子化概念,认为一束光是一个个光子构成的,并且一份份的被黑体吸收。爱因斯坦继承了普朗克的量子概念,并成功解释了光电效应。 所以我们可以发现,光子这种东西就是光的量子。

黑体吸收光线之所以不是连续的,是因为光子是一个个具体的实在粒子,所以它们会一份份的被黑体吸收。黑体辐射的不连续性,就体现在光是由光量子(光子)构成了。正是因为光子是一个个粒子,所以它们被黑体吸收只能一个个挨着来,所以就不是连续的了!

但是我们一般常认为是量子的东西是光子,这是不仅因为光子在现代科学的重要性,更由于前辈们最早提出量子的概念是通过思考光的本质而得来的!

接下来我们看看量子纠缠到底是怎么产生的?

量子力学的建立极大的颠覆了人们对微观世界的认识。或许你会问“微观世界是什么东西”?微观世界就是指原子甚至比原子还小级别的领域。一百多年前,大部分科学家还认为原子由原子核和电子组成,而电子绕着原子核老老实实的做圆周运动,就像行星绕太阳一样。然而量子力学的建立对这样的思想说“不”,微观世界并不是这样的!

直接开门见山吧。如果在原子级别甚至比原子还小级别的粒子上“切割”一下,把一个粒子“切割”成两个或者更多的小粒子,那么“切割”后的粒子就组成了纠缠粒子系统。它们就像是同一个妈生的儿子们,这些粒子们本来是属于同一个,然而通过某些技术手段被搞成了两个甚至更多的小粒子。那么这些小粒子就有一个特性——“心灵感应”。

比如把A粒子轰击成甲乙两个更小的粒子。那么甲乙这两个粒子就开了挂一样,即便相距多么遥远都会感应到彼此,而且还是瞬时完成的。举个例子,如果甲乙粒子都在自旋,我们把它们放在不同的盒子里,如果揭开甲粒子的盒子,发现甲粒子自旋方向为上,那么我们就瞬间知道乙粒子自旋方向为下。如果我们先揭盖乙粒子的盒子,发现乙粒子自旋为上,也就瞬间知道甲粒子自旋为下!

你或许已经惊呼了:我靠!原来量子纠缠这么简单。这就相当提前往两个盒子分别放入一个苹果,一个梨。把盒子打乱,然后把这两个盒子的一个拿到南极,另一个拿到北极。如果我打开南极的盒子,发现粒子装的是苹果,那么我也就同时知道北极那个盒子里面装的是梨。 原来量子纠缠就是这个道理啊!

但是笔者很遗憾的告诉你,你要是这么以为的话,那还是太单纯了!量子纠缠并不是这样,这里面牵扯到了贝尔不等式。苹果和梨的例子符合贝尔不等式,而量子纠缠不符合。这也就告诉我们,量子力学中的甲乙粒子在未被揭开盖子之前,甲粒子状态是叠加态的,而乙粒子也是如此!这就是量子纠缠不同于我们生活常识的地方。

为什么量子纠缠超光速,却不能传递信息呢?那量子通信又是什么?

量子纠缠是一种不需要介质或者传播子的超距作用现象,这种现象是基于客观事实的,当科学家发现这种现象时,也是惊呆了,难以置信,自然界什么时候变得这么诡异了?以至于爱因斯坦一生都在怀疑量子纠缠的合理性。 量子纠缠不像光一样,还需要光子那样的传播子。量子纠缠这玩意简直就是藐“自然法则”,吊打一切速度。它可以做到点对点的即时感应,即便相距无数公里也不例外。中国科学家潘建伟带领其团队曾在青海做过量子纠缠的速度下限测试,实验表明量子纠缠的速度至少是光速的上万倍。人类到目前都不能理解其真实的作用机制。如果牛顿还活着,量子纠缠这玩意的存在至少把老人家气个半死!

那么再来说说量子通信为什么不能通信呢?或许你一打眼看到标题就想骂笔者,既然不能通信为什么要叫量子通信? 其实量子通信的全称叫量子加密通信。其依旧由电磁波携带信息,量子技术只是把携带信息的电磁波保护起来了。如果一个窃听者要窃取量子加密通信里的内容,首先就要半路截取信息,这一截取就坏事了,量子态被测量就同时坍塌了,与此同时,发送者那边的量子态也改变了,这就让信息的发送者瞬间明白,原来信息被窃听了,那么就可以采取有效措施进行反制。这就是量子加密通信,我们简称量子通信!

量子纠缠为什么不能传递信息呢?量子纠缠是由两个或者以上的微观粒子构成的纠缠系统,一旦这些粒子处于纠缠态,即便它们相距万里都会同时感应彼此。如果把甲乙两个纠缠粒子放在AB两地,改变A地的粒子,B地粒子也同时发生相应改变。 但是改变只是随机的,人为并不能设定改变状态。我们知道,有效的信息必须是一连串最基本的有序符号构成,比如01011000。如果01011000代表的一个苹果的信息,那么我们操纵一个量子纠缠系统就得让迫使它按顺序的发送0101100这样的符号。

很可惜,操纵量子得到的结果只是随机的,那么你怎么能把固定有序的信息刻录进去呢?不能刻录,怎么能传递有效的信息呢?

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编辑:夜樱
关键词: 量子纠缠
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