“这样真可以吗?”胡天迟疑的问。
“量子纠缠。”
元贞说出的四个字,在胡天耳朵边炸响了。他一直想不通他们下来时大殿能自由上下的动力从哪来,却让元贞爆出了一个根本不可能的答案。量子纠缠是发生在多个粒子,像两个光子或电子之间的一种特殊关联。当两个粒子发生纠缠后,它们就形成了一个不可分割的整体系统,即使之后将它们分隔到宇宙的两端,这种关联依然存在。对其中一个粒子的测量结果,会瞬间决定另一个粒子的状态,无论它们相距多远。
量子纠缠最有名的思想实验是EPR佯谬与薛定谔的猫的“兄弟”。EPR佯谬是1935年,爱因斯坦等人提出了这个思想实验,旨在证明量子力学的不完备性。他们称这种超距的、瞬间的影响为“鬼魅般的超距作用”,并认为这违背了局域实在论,即一个地方发生的事件不能瞬间影响另一个遥远地方的事件。
爱因斯坦认为,一定存在某种我们未知的“隐变量”在背后决定粒子的行为,使得它们看起来是相关的。
薛定谔的猫与纠缠态,同样是1935年,薛定谔为了说明量子叠加态的荒谬性,提出了“薛定谔的猫”思想实验。同时,他第一个正式提出了“纠缠”一词来描述这种粒子间的关联。他称这种现象是“量子力学的典型特征”。
量子纠缠解释起来,可以用一个简单的比喻。想象一双神奇的手套。你随机拿起一只,看也不看就放进一个盒子里,寄给北京的朋友。另一只放进另一个盒子,寄给上海的朋友。
更经典理解 在你打开盒子之前,你不知道你拿到的是左手套还是右手套。但手套本身在寄出那一刻就已经确定了是左还是右。信息是“隐藏”的,只是你不知道。 在量子世界,这两只“手套”在分开时,并没有确定的“左”或“右”属性。它们处于一种“左+右”的叠加态。只有当北京的朋友打开盒子,瞬间看到是“左手套”时,上海的那只手套才瞬间获得“右手套”的属性,反之亦然。测量行为本身创造了确定的状态。
在经典比喻中,结果在分离时已注定;在量子纠缠中,结果在测量时才产生。
所以才有了贝尔不等式,1964年,物理学家约翰·贝尔提出了一个著名的“贝尔不等式”。他证明,如果爱因斯坦所说的“隐变量”存在,那么某些关联性的测量结果必须满足这个不等式。
如果实验结果显示贝尔不等式被违背,那么就证明量子纠缠是真实的,“鬼魅般的超距作用”确实存在,不存在局域的隐变量。
从20世纪70年代开始,一系列越来越精确的实验,阿兰·阿斯佩在2022年因相关实验获诺贝尔物理学奖,都明确地违背了贝尔不等式,以极高的置信度证实了量子纠缠的真实性。
量子纠缠不是局域性,纠缠效应是瞬间发生的,似乎超越了空间限制。但它不能用来传递信息。因为上海的朋友在测量时,会随机得到左或右,他无法控制结果,也无法通过这个随机结果向北京传递任何有意义的信息。因此,它不违背相对论光速最快的结论。量子还有超距作用, 尽管量子纠缠不能传递信息,但关联的建立是瞬时的,这种“作用”目前无法用经典物理学解释
量子纠缠现在已经得到了应用,这并非只是理论游戏,它已经成为第二次量子革命的技术基石。量子计算, 利用纠缠的量子比特进行并行计算,解决经典计算机无法胜任的复杂问题。药物设计、材料模拟。量子通信中量子密钥分发,要 利用纠缠粒子的特性,可以建立绝对安全的通信密钥。任何窃听行为都会破坏纠缠状态,从而立即被通信双方察觉。还有量子精密测量, 利用纠缠粒子可以制造出比传统仪器精确得多的传感器,用于测量时间、磁场、重力场等。