在正式文章开始之前，我首先为大家简单介绍一下文章和自己。我文章的主要方向是天体物理学和人工智能和新科技，而量子力学也只是略知皮毛，为大家简单介绍一下。其实有不少朋友觉得量子力学不仅理论荒谬，就连研究量子力学的国家和机构都荒谬，就是用来骗经费吹牛的。
科学不是可以拿来吹捧或者说骗经费的，科学不仅是未来，更是过去。换句简单的话说，我在这里为大家科普一下量子力学，没人给我任何报酬。只是希望大家理性对待科学，对待科学理论。不要被一些砖家民科一骗就十年怕井绳。
写文章很不易，也没人给报酬，这篇文章一共花了我3个小时的时间，其中，把这三个内容总结在一起是比较难的（下面会说到），也希望大家遵守最起码最基本的礼仪，如果胡说八道，影响评论区整体氛围的话，我也不会和你理论，直接删掉评论，对我是没有任何影响的。
研究量子力学中量子纠缠与量子计算机，不仅是我国的科学议程，更是世界众多公司和机构的研究议程。文章大致分为三个部分，第一部分是什么是量子纠缠大约占全文的50%左右，第二部分是：什么是量子力学，为大家简单介绍一下，占比大约25%。第三部分是研究量子力学有什么作用？占比大约20%开篇的这几段话占比大约5%，大概排列一下。好了，接下来正文开始。
其实根据量子力学，事物的属性可以同时具有多个值。但当你测量该属性时，它们会立即“选择”其中一个值，影响你的观测结果（具体大家可查看双缝实验或者说薛定谔的猫，双缝实验下方会具体介绍）。这个理论也可以应用于事物，当一个物体具有多个值的属性时，它就会与另一个物体纠缠在一起，这取决于另一个物体。一个值的瞬时“选择”(在量子力学术语中可以称为“崩溃”)意味着通过测量一个纠缠的物体，你可以使另一个物体立即“选择”一个特定的值，无论它在哪里，即使相隔数千光年（事实如此，不是夸大其词的描述）。在某种意义上，这可以被称为比光速更快的信息传输。但是，有一个很大问题：我们无法控制被测物体的选择结果。
接下来我为大家举了一个量子纠缠的例子。首先，量子力学的一些基本原理。一个物体是用它的量子态来描述的。对于一个简单的光子例子，它的状态告诉你光子在空间的位置、它的动量和它的极化。然而，在描述光子的状态时，你不只是给出每一个量的数字，你实质上给出的是如果你测量一个特定的结果的概率。(如果你回忆一下海森堡不确定原理，这意味着位置的概率分布越窄，动量的概率分布就越大)。现在，我们将忽略位置和动量，只考虑极化。
双缝实验光子极化的两种可能状态可以是水平的，表示为H>，也可以是垂直的，因此偏振态一般可以写成一定的x H>的概率和一定的x=V>的概率，写为a_x H>+b_x_V>。
光子状态，由a_x_H>+b___(v>)描述，应理解为光子同时水平极化和垂直极化。这是一个非常重要的：在量子力学中，当你测量时，它的参数可以同时取两个(或更多)值(在两个地方，有两个能量，两个极化，等等)，然后立即选择其中一个选项，然后你所测量的参数有一个很好的定义值。
考虑到一对光子的状态。结果表明，有可能产生一对光子，其几率分别取决于其他几率。这种态的例子可以写成一个x-H>1为x~+>，2为x~(-5)>。a_x_H>_x_v>+b_x_V>_x_H>表示光子对同时处于(光子_1___H>和光子_2~___~>)和(光子_1___>和光子_2~_2~_
那么，如果你测量其中一个光子，会发生什么呢？假设你测量了光子1的偏振度。你得到的结果要么是H>，要么得到的是V>。你可以得到的结果是只有一个概率是由x_a^2和b_x^2给出的。假设你测量的是~H>。现在，这对光子的状态会立即塌缩成~H>？V>。另一方面，如果你测量的是_V>，那么这个状态就会立即变成___V>_H>。其实这就是电子双缝实验。
这很奇怪，据我们所知，无论两个光子相隔多远，这种状态的崩溃都是瞬间发生的，但它能用来传递信息吗？这其实又说到了今天（7月6日我上传的关于我国实现了18量子位的量子纠缠的文章）的这个实验。
其实对于我国实现18量子位量子纠缠的实验我们可以简单说明一下。通信设备的想法是在实验室中产生一对纠缠态的光子，通过光纤发送其中一个给世界另一边的（基本原理相同，步骤些许不同），然后把另一个送入实验室内的相同长度的光纤。当你的光子从光纤的另一端出来时，你测量它的偏振度。协议规定光子是1，而光子是0。假设你测量出来的前8个光子，得到01101010。你知道，在那一刻，世界的另一边，实验者在测量10010101。你可以说你瞬间发送了信息“10010101”唯一的问题是你已经发出了“10010101”。无法控制信息是什么。它完全是随机的。这是利用纠缠传递信息的一个普遍问题-整个想法都基于量子不确定性。据我们现在所知，没有办法解决它。
让我们回到1935年，爱因斯坦其实在当时就表达了他的担忧，即信息似乎在广泛空间分离的量子力学系统状态之间瞬间传播，这违反了信息不能比光速传播得更快的原则。他称之为“远距离的怪异行为。薛定谔在协议中创造了“量子纠缠”一词。但是：所有基础物理学，包括量子力学和牛顿力学，都是时间对称/确定性的。
时间对称意味着对于每个解决方案都存在一个同样有效的时间反转解决方案，也就是t替换为-t。在确定性系统中，任何时刻的状态都完全决定了任何其他时刻的状态。在新量子力学的陌生背景下，爱因斯坦和薛定谔对所有基础物理学共有的时间对称决定论不以为然。
宏观科学与微观科学
关于我们的一切都源于138亿年前的大爆炸：在接下来的138亿年中，没有任何东西正在走向前进。宇宙的初始，最终的边界条件使我们处于一种宏观的理论当中。宏观影响只能远离我们宇宙的初始状态，任何回到宇宙大爆炸的东西都会扰乱固定的宏观初始条件。这其实与我们熟悉的宏观时间不对称。另一方面，具有极少自由度的孤立的亚微观系统，也就是量子力学，科学家对揭示潜在的时间对称性感到不以为然。
接下来说到了我和一位朋友关于量子力学的讨论
……
我：“像爱因斯坦这样的伟大思想家也认为它没有意义。物理学家和物理哲学家一直在争论量子力学的意义，特别是量子纠缠，那时量子力学最初是在制定的，从那时开始，一直到了将近100年之后仍在辩论它。“
朋友：“他们肯定在100年后得出了一些新的结论......”
我：“排序和总结。他们提出了很长的量子力学解释清单，试图理解奇怪的量子现象，如纠缠。但是一直没有得到确切解释的结论，但是这个过程使量子物理学家受益匪浅。”
……
之后来到了第二部分，我将为大家介绍一下量子力学。
量子力学是描述光子、电子和构成宇宙的其他粒子的古怪行为的科学定律的学问。这是他的书面解释，其实简单点就是微观世界和宏观世界的不同解释。量子力学是物理学的一个分支，而量子纠缠是量子力学的一个表现之一。
量子力学导致一些关于物理世界的非常奇怪的结论。在原子和电子的尺度上，许多方程经典力学它描述了事物在日常大小和速度下的运动方式，这些都不再有用。在经典力学中，物体在特定的时间存在于特定的地方。然而，在量子力学中，物体却存在于概率的迷雾中，它们有一定的机会在A点，另一次机会在B点，以此类推。
量子力学是近几十年来发展起来的，最初是一组有争议的实验数学解释，而经典力学的数学是无法解释的。它始于20世纪初，大约就在爱因斯坦发表他的著作的同时，它描述了物体高速运动的过程。然而，与相对论不同，量子力学的起源不能归因于任何一位科学家。相反，多位科学家为三项革命性原则的基础做出了贡献，这些原则在1900年至1930年期间逐渐得到了接受和实验验证。
光有时可以表现为粒子。这最初遭到了严厉的批评，因为它违背了200年来的实验。光表现为波浪，就像平静湖面上的涟漪。光的行为类似，它从墙壁上反弹，在拐角周围弯曲，波浪的波峰和波谷可以叠加或抵消。附加的波峰会产生更明亮的光，而抵消掉的波浪则会产生黑暗。光源可以看作是棍子上的球，有节奏地浸在湖心。发出的颜色对应于顶点之间的距离，这是由球的节奏速度决定的。
1900年，德国物理学家马克斯·普朗克(MaxPlanck)试图解释红热和白热物体(如灯泡细丝)在光谱中发出的颜色分布。当他把描述这种分布的公式从物理意义上解释时，普朗克意识到只有一定的组合颜色被释放，特别是那些是某个基值的整数倍数的。不知怎么的，颜色被量化了！这是出乎意料的，因为光被理解为一个波，这意味着颜色的值应该是一个连续的光谱。有什么可以禁止的原子产生这些整数倍数之间的颜色？这似乎很奇怪，普朗克认为量化不过是一个数学把戏。普朗克方程也包含一个后来对量子力学未来发展非常重要的数字。今天，它被称为“普朗克常数”。
星系光谱复合图片
从19世纪初开始，光谱学已经成为了一种确定诸如遥远恒星等物体中的元素的可靠方法，但科学家们对此感到困惑。为什么每个元素都会产生这些特定的光谱线条。1888年，约翰斯·赖德伯格导出了一个描述氢发射谱线的方程式，尽管没有人能解释为什么这个方程有效，但是后来这个方程式在1913年发生了变化。尼尔斯波尔将普朗克的量子化假说应用于欧内斯特·卢瑟福1911年的原子“行星”模型，该模型假定电子围绕原子核运行的方式与行星围绕太阳的轨道相同。根据波尔的理论，电子被限制在原子核周围的“特殊”轨道上。它们可以在特殊轨道之间“跳跃”，跳跃产生的能量会引起特定颜色的光，被观察到为谱线。虽然量子化的属性仅仅是一个数学技巧，但他们解释得太多了，成为量子力学的基本原理。
物质波的发现？
自1896年发现电子以来，所有物质以粒子形式存在的证据正在逐渐成熟。然而，波粒二象性的论证使科学家怀疑物质是否仅限于作用，只作为粒子。也许波粒二象性对物质来说也是正确的？第一位在这方面取得重大进展的科学家是一位名叫路易斯·德布罗意的法国物理学家。1924年，德布罗意使用爱因斯坦的方程式狭义相对论表明粒子可以表现出波状特征，而波可以表现出粒子样特征。1925年，两位科学家独立工作，使用独立的数学思维方式，运用德布罗意的推理来解释电子如何在原子中旋转。在德国，物理学家沃纳·海森伯格(与马克斯·伯恩和帕斯夸尔·乔丹合作)通过发展矩阵力学实现了这一目标。奥地利物理学家埃尔温·施罗德格发展了一种类似的理论，称为“波粒学”。
海森堡不确定性原理
同样在1927年，海森堡对量子物理学做出了另一项重大贡献。他认为，由于物质波的作用，某些性质，如电子的位置和速度，是“互补的”，这意味着对每个性质的精确性可以知道的程度有一个限制(与普朗克常数有关)。被称为“海森堡”不确定原理，科学家认为，电子的位置越精确，它的速度就越不准确，反之亦然。
而现在自重整化突破以来，量子力学为发展有关自然界四种基本力的量子理论奠定了基础，它们分别是：电磁力，弱核力，强核力和重力。量子力学提供的第一个洞察力是通过量子电动力学对电磁学的量子描述，它在20世纪40年代末和50年代初取得了长足的进步。其次是关于弱核力的量子描述，它与电磁学相结合，在整个1960年代建立了“电弱理论”(EWT)。最后，在1960年代和70年代，用“量子色动力学”(QCD)对强核力进行了量子处理。
电脑和智能手机
英特尔公司首席执行官保罗·欧德宁周二在旧金山举行的英特尔开发者论坛会议，在会上展示了基于22纳米技术的晶片芯片。2009年。这些芯片仍在英特尔的工厂中开发，直到2011年才能投入生产。Otellini在硅片上展示的每一个芯片都有29亿个晶体管。(照片来自美联社)
从根本上说，整个计算机产业都是建立在量子力学的基础上的。现代半导体电子依赖于带结构固体物体。这基本上是一种量子现象，取决于电子的波性质，因为我们理解波动性质，所以我们可以操纵硅的电学性质。混合在正确的元素的一小部分，其他元素会改变能带结构，从而改变电导率；由于我们对物质的量子性质的详细理解，我们确切地知道该添加什么和使用多少。
堆叠层的硅掺杂不同的元素，使我们可以制造纳米尺度的晶体管。数以百万计的电子产品在一块材料中包装在一起，制造了电脑芯片，这些芯片为现代生活的核心技术设备提供了动力。台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、甚至小型家用电器和儿童玩具都是由计算机芯片驱动的，如果没有我们对量子物理学的现代理解，这些芯片是不可能制造出来的。
激光的应用
激光的关键物理包含在1917年的一篇论文中，爱因斯坦写在光子的统计上（光子一词在爱因斯坦之后，这里只是为了方便阐述）及其与原子的相互作用。这引入了受激辐射的概念，在这种情况下，一个处于高能状态的原子遇到合适波长的光子时，会发射出与第一个光子相同的第二个光子。这个过程负责“激光”一词中的两个字母，“激光”的英文一词最初是“受激辐射的光放大”的缩写。所以无论你使用激光，无论是通过打电话，直接扫描食品杂货上的UPC标签，这些都证明你在实际使用量子物理学。
原子时钟与GPS
2015年7月1日，伊莎贝尔·图德的一位女性在它衣服的领口上戴着全球定位系统(GPS)，手持她的智能手机。全球定位系统(GPS)项圈帮助主人远程跟踪他们的宠物。
互联网连接的智能手机最常见的用途之一定位。这是一个严重依赖量子物理学的硬件设备。智能手机导航是由全球定位系统启用的，全球定位系统是一个卫星网络，每个卫星都在广播时间。手机中的GPS接收器接收来自多个时钟的信号，并使用来自不同卫星的不同到达时间来确定你与每颗卫星的距离。接收器内的计算机做了一些数学运算，计算出地球表面的单个点，也就是离这些卫星的距离，然后把你定位到几米以内。
它们都依靠恒定的光速将时间转换为距离。光以每毫秒一英尺的速度移动，因此卫星信号的定时精度需要非常好，所以GPS中的每颗卫星都包含一个原子钟集合。它们依赖于量子力学的时钟，时钟的“滴答声”是微波的振荡，它驱动铯原子(或某些时钟中的铷)的两个特定量子态之间的转换。
核磁共振
核磁共振成像是我今天要讲的最后一个量子物理学实际应用。核磁共振机的中心过程叫做核磁共振，核磁共振通过翻转氢原子原子核中的自旋来工作。一种巧妙的磁场安排可以让医生测量身体不同部位出现的氢浓度，这反过来又能区分许多传统x射线不能很好显示的柔软组织。
因此，虽然量子物理学有时看起来是神秘的，远离日常经验(在某种程度上，这其实是是物理学家自己造成的问题，而我们在科普的时候经常过分强调这些奇怪的方面)，但事实上，它对现代生活是绝对必要的。半导体电子学、激光、原子钟和磁共振扫描仪基本上都取决于我们对光和物质的量子性质的理解。
最后感谢大家的阅读，量子力学经过多年发展已有其体系，物理学家也自成一派，它们成就了量子力学的今天与明天。我为大家简单科普一下，大家认识一下就可以啦。
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