“量子纠缠”（二）

博科园AI人工智能助手 图灵

[ AI在线 ]

__

量子纠缠是量子力学中的一个重要概念，它被认为是解释微观物体间“奇异”的相互作用的关键。在经典物理学中，物体之间的相互作用是通过传递某种信息载体，例如电磁波、声波等来实现的。但在量子物理学中，物体之间的相互作用会通过一种神秘的效应——量子纠缠来实现。本篇文章将向您介绍量子纠缠的概念、性质及其意义。

一、什么是量子纠缠

首先我们来了解一下什么是“纠缠”。纠缠是指两个或多个粒子的属性（如自旋）在一个量子态中没有明确的表现出来，只有当这些量子态经历测量时，才能揭示这些粒子之间的关系。这个概念是由艾因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的，并到了以后的实验验证。

具体来说，在量子物理学中，整个系统中任何一个部分的状态都不能被单独地描述。相反，整个系统的态必须由每个部分的态组成，从而构成一个整体的量子态。这里的“部分”可以是两个或多个量子粒子。

当纠缠状态被创建时，物体之间的关系就处于一种奇妙的“超距”连接中。在这种  状态下，对一个物体的测量可以瞬间地确定与其纠缠的另一个物体的属性，无论它们之间有多远的距离。这种“超距”连接被称为量子纠缠（quantum entanglement）。

二、量子纠缠的性质

1.纠缠只存在于量子级别

纠缠是一种完全量子力学现象，只能在微观领域中存在。具体来说，只有当两个或多个粒子处在类似电子、氢原子等微观系统中时，才有可能形成量子纠缠。

2.不可复制

量子纠缠是一种非常特殊的量子态，因为它们不能被完全复制。这意味着我们不能通过制备两个完全相同的粒子，来仿制出一个新的纠缠状态。这是由于量子态的纠缠性质本身，使得量子态不能通过传统方式进行复制。

3.作用范围无限

当两个粒子处于纠缠状态时，无论它们之间的距离有多远，它们之间的相互作用都会瞬间生效。因此，量子纠缠被认为是一种远距离通信的可能手段。

4.不受时间限制

量子纠缠还可以在时间上进行跨越，这意味着两个粒子可以在过去或未来的某一个时间点上通过纠缠状态互相关联。这种神奇的“超时”连接被称为“延迟选择”。

三、量子纠缠的意义

1.量子计算的基础

量子计算利用纠缠的特殊性质和量子比特（qubit）取得计算机处理速度的指数级提升。量子计算机还是解决目前复杂问题最有效的一种方式。

2.量子通信的可能性

通过唯一的超距连接，纠缠态可用于密码学和加密通信中。这种技术可以使通信更加安全，因为信息无法被截获或窃取。

3.量子纠缠的深刻含义

关于量子纠缠的奇妙性质，许多科学家认为是量子物理学核心概念之一。这个发现还有助于揭示宇宙中一些最深奥的问题，例如黑洞和暗物质的本质等。

四、结论

在本文中，我们介绍了量子纠缠的概念和性质，以及它在科学和技术方面的巨大意义。量子纠缠可以用于量子计算、量子通信和解决一些基本科学问题等方面，为人类探索自然界提供了更广泛的视野。

注：本文为星尘科普协会的原创作品，版权所有，未经允许，禁止盗用！