量子糾纏是怎麼發現的?

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1935年,在普林斯頓高等研究院,愛因斯坦、博士後羅森、研究員波多爾斯基合作完成論文《物理實在的量子力學描述能否被認為是完備的?》,並且將這篇論文發表於5月份的《物理評論》[12]:303。這是最早探討量子力學理論對於強關聯系統所做的反直覺預測的一篇論文。在這篇論文裡,他們詳細表述EPR悖論,試圖藉著一個思想實驗來論述量子力學的不完備性質[2]。他們並沒有更進一步研究量子糾纏的特性。

薛丁格閱讀完畢EPR論文之後,有很多心得感想,他用德文寫了一封信給愛因斯坦,在這封信裡,他最先使用了術語Verschränkung(他自己將之翻譯為「糾纏」),這是為了要形容在EPR思想實驗裡,兩個暫時耦合的粒子,不再耦合之後彼此之間仍舊維持的關聯[12]:313。不久之後,薛丁格發表了一篇重要論文,對於「量子糾纏」這術語給予定義,並且研究探索相關概念。薛丁格體會到這概念的重要性,他表明,量子糾纏不只是量子力學的某個很有意思的性質,而是量子力學的特徵性質;量子糾纏在量子力學與古典思路之間做了一個完全切割[3]。如同愛因斯坦一樣,薛丁格對於量子糾纏的概念並不滿意,因為量子糾纏似乎違反在相對論中對於資訊傳遞所設定的速度極限[13]。後來,愛因斯坦更譏諷量子糾纏為鬼魅般的超距作用[14]。

EPR論文很顯然地引起了眾多物理學者的興趣,啟發他們探討量子力學的基礎理論。但是除了這方面以外,物理學者認為這論題與現代量子力學並沒有甚麼牽扯,在之後很長一段時間,物理學術界並沒有特別重視這論題,也沒有發現EPR論文可能有甚麼重大瑕疵[1]:38。EPR論文試圖建立定域性隱變量理論來替代量子力學理論。1964年,約翰·貝爾提出論文表明,對於EPR思想實驗,量子力學的預測明顯地不同於定域性隱變量理論。概略而言,假若測量兩個粒子分別沿著不同軸向的自旋,則量子力學得到的統計關聯性結果比定域性隱變量理論要強很多,貝爾不等式定性地給出這差別,做實驗應該可以偵測出這差別 [15]。因此,物理學者做了很多檢試貝爾不等式的實驗。

1972年,約翰·克勞澤與史達特·弗利曼(Stuart Freedman)首先完成這種檢試實驗[16]。1982年,阿蘭·阿斯佩的博士論文是以這種檢試實驗為題目[17]。他們得到的實驗結果符合量子力學的預測,不符合定域性隱變量理論的預測,因此證實定域性隱變量理論不成立。但是,至今為止,每一個相關實驗都存在有漏洞,這造成了實驗的正確性遭到質疑,在作總結之前,還需要完成更多精確的實驗[18]。

這些年來,眾多的卓越研究結果促成了應用這些超強關聯來傳遞資訊的可能性,從而導致了量子密碼學的成功發展,最著名的有查爾斯·貝內特(Charles Bennett)與吉勒·布拉薩(Gilles Brassard)發明的BB84協議、阿圖爾·艾克特(Artur Eckert)發明的E91協議。

2017年6月16日,量子科學實驗衛星墨子號首先成功實現,兩個量子糾纏光子被分發到相距超過1200公里的距離後,仍可繼續保持其量子糾纏的狀態。[19]

2018年4月25日,芬蘭阿爾託大學教授麥卡﹒習嵐帕(Mika Sillanpää)領導的實驗團隊成功地量子糾纏了兩個獨自震動的鼓膜。每個鼓膜的寬度只有15微米,約為頭髮的寬度,是由1015個金屬鋁原子製成。通過超導微波電路,在接近絕對零度(-273°C)下,兩個鼓膜持續進行了約30分鐘的互動。這實驗演示出巨觀的量子糾纏。[20]



沙迦筆記


這個問題首先來說說什麼是量子力學

量子力學簡單來說就是微觀世界的物理學

宏觀世界的物理學和微觀世界的物理學非常的不一樣

比如說:

在現實世界裡有一堵牆

你是肯定穿不過這堵牆的

但是在微觀世界裡面你就能穿過去

科學家們不斷的證實 在微觀世界裡的確是這樣的

比較典型的例子是:

我們印象當中的電子 應該是在原子核周圍瘋狂的轉,它肯定有個速度的或者它有個所在的位置

但是他們發現這個電子會同時在好多地方出現

這是很奇怪的

科學家設置了一堵牆,這個電子肯定是穿不過去的,但是他們發一個電子上去 發現電子穿牆了

這個現象就叫量子穿遂

簡單說就是量子自己挖個隧道自己穿過去了


還有個現象就是量子糾纏

科學家們找了兩個電子,把這兩個電子放在一起,讓他們成為一對,然後再把它們分開

分隔 相隔很遠很遠的距離,最初做實驗的時候相隔了100公里,然後用兩個設備區檢測這兩個電子

他們發現一個非常不可思議的現象

就是這個實驗室的電子動一下

另一個實驗室的電子也動一下

不管相隔多遠,他們都是同時運作的


最近中國做了一個實驗就是這個量子糾纏

一個電子放在地面

一個電子放在宇宙空間站

相隔500公里

也證實了這個現象

所以科學家在想 肯定是一個電子往另外一個電子發了一個信號

告訴它我要動

它才會動嘛

但是問題是 是由原子鐘測出來的 百分百同時的


這就顛覆了愛因斯坦的相對論了

相對論說光速是最快的

你傳這個信號就是以光速傳

它應該有個時差的

所以科學家到現在,他們兩之間的機制完全不知道

但是他們兩就能夠連接起來

而且這個距離 據推測

跟距離沒關係,它們能夠永遠保持一致


就是說在量子的世界裡

時間是絕對的

速度不是絕對的

速度是無限大

所以這種種現象 就叫量子力學


52赫茲實驗室


量子糾纏現象的發現是愛因斯坦為了說明量子力學理論的不完備性時舉出的一個例子,文章發表在Physical Review上,說明如果量子力學理論成立,則可能存在這樣一個所謂糾纏狀態,即一個粒子態波函數的塌縮會導致與之處在糾纏態的另一個粒子態波函數塌縮,愛因斯坦等認為這是超距作用,和相對論理論矛盾,所以量子力學的描述是不完備的,這又叫做EPR佯謬。至於實驗方面,糾纏態的製備和各種測量仍然是現在前沿研究的一個熱點話題,比如塞林格製備光子糾纏態,驗證量子通訊方案的工作,他的學生潘建偉則在糾纏更多的光子對。驗證糾纏態不困難,比如你有兩個處於糾纏態的粒子,只要測量一個粒子態使其波函數塌縮,另一個粒子應有確定的狀態,只要在選定的正交空間內把這些狀態測量做完備,那就知道最初兩個粒子是否處於糾纏態。比如對於光子,可以測量偏振性質。糾纏態的製備一般利用各種級聯過程


阿帆帶你遊宇宙


量子糾纏現象的發現要追逆到1935年,愛因斯坦與波多爾斯基和羅森合作,發表了一篇文章,標題是“量子力學對實在的描述是完備的嗎?”在量子力學中,因為有些可觀測量(比如位置與動量)不能同時有確定的值,所以愛因斯坦指出它們不是同時有客觀實在性。

所謂某個客體的客觀實在性,愛因斯坦他們認為可以定義為可以在不干擾該客體的情況下,能夠明確地預言它的值。如果每一個有客觀實在性的物理量在理論上有一個對應,愛因斯坦他們認為,這樣的理論才是完備的。愛因斯坦藉助於一個量子糾纏態(當時,他們還沒有這個名詞)作了一系列論證。這個量子糾纏態的性質是這樣各種可能狀態的疊加態。

在每個這些狀態中,兩個粒子的位置是確定的,但是在整個疊加態中,只有兩個粒子之間的距離是確定的。所以,通過確定某一個粒子的位置,整個系統的狀態就變為若干狀態的疊加態中的其中一個狀態,從而就可以在不干擾另一個粒子的前提下確定它的位置。另一個方面這個糾纏態也可以是這樣各種可能狀態的疊加態。

在每個這些狀態中,兩個粒子的動量是確定的。所以,通過確定某一個粒子的動量,從而就可以在不干擾另一個粒子的前提下確定它的位置。所以愛因斯坦、波多爾斯基和羅森認為,既然第二個粒子的位置和動量都能在不被幹擾的情況下被確定,那動量和位置就都具有客觀實在性,這與量子力學對這兩個量的說法不一致。

在這篇文章發表後,薛定諤也發表了一篇文章,正式提出量子糾纏的概念。

至於量子糾纏的速度至少是光速的10000倍,實在無法理解是什麼意思,量子糾纏只是一個微觀世界的物理現象,不知道您所說的量子糾纏的速度是什麼意思。


Wineke


1935年,在普林斯頓高等研究院,愛因斯坦、博士後羅森、研究員波多爾斯基合作完成論文《物理實在的量子力學描述能否被認為是完備的?》,並且將這篇論文發表於5月份的《物理評論》。這是最早探討量子力學理論對於強關聯繫統所做的反直覺預測的一篇論文。在這篇論文裡,他們詳細表述EPR佯謬,試圖藉著一個思想實驗來論述量子力學的不完備性質。他們並沒有更進一步研究量子糾纏的特性。

薛定諤閱讀完畢EPR論文之後,有很多心得感想,他用德文寫了一封信給愛因斯坦,在這封信裡,他最先使用了術語Verschränkung(他自己將之翻譯為“糾纏”),這是為了要形容在EPR思想實驗裡,兩個暫時耦合的粒子,不再耦合之後彼此之間仍舊維持的關聯。不久之後,薛定諤發表了一篇重要論文,對於“量子糾纏”這術語給予定義,並且研究探索相關概念。薛定諤體會到這概念的重要性,他表明,量子糾纏不只是量子力學的某個很有意思的性質,而是量子力學的特徵性質;量子糾纏在量子力學與經典思路之間做了一個完全切割。如同愛因斯坦一樣,薛定諤對於量子糾纏的概念並不滿意,因為量子糾纏似乎違反在相對論中對於信息傳遞所設定的速度極限。後來,愛因斯坦更譏諷量子糾纏為鬼魅般的超距作用。


鍾書醫生


1935年,愛因斯坦與波多爾斯基和羅森合作,發表了一篇文章,標題是“量子力學對實在的描述是完備的嗎?”在量子力學中,因為有些可觀測量(比如位置與動量)不能同時有確定的值,所以愛因斯坦指出它們不是同時有客觀實在性。

所謂某個客體的客觀實在性,愛因斯坦他們認為可以定義為可以在不干擾該客體的情況下,能夠明確地預言它的值。如果每一個有客觀實在性的物理量在理論上有一個對應,愛因斯坦他們認為,這樣的理論才是完備的。愛因斯坦藉助於一個量子糾纏態(當然,他們還沒有這個名詞)作了一系列論證。這個量子糾纏態的性質是這樣各種可能狀態的疊加態。

在每個這些狀態中,兩個粒子的位置是確定的,但是在整個疊加態中,只有兩個粒子之間的距離是確定的。所以,通過確定某一個粒子的位置,整個系統的狀態就變為若干狀態的疊加態中的其中一個狀態,從而就可以在不干擾另一個粒子的前提下確定它的位置。另一個方面這個糾纏態也可以是這樣各種可能狀態的疊加態。

在每個這些狀態中,兩個粒子的動量是確定的。所以,通過確定某一個粒子的動量,從而就可以在不干擾另一個粒子的前提下確定它的位置。所以愛因斯坦、波多爾斯基和羅森認為,既然第二個粒子的位置和動量都能在不被幹擾的情況下被確定,那動量和位置就都具有客觀實在性,這與量子力學對這兩個量的說法不一致。

在這篇文章發表後,薛定諤也發表了一篇文章,正式提出量子糾纏的概念。


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