量子纠缠的超距作用,是否可以实现宇宙中实时通讯,就如同三体中智子一样?

一支烟495


按照现有量子理论中关于“纠缠态”的解释,暂时还找不到实现超距即时通讯的手段,更不用说三体中的“智子”了。

这要从量子力学发展中的一个著名的争论说起,1935年,在普林斯顿高等研究院,以爱因斯坦为首的科学家们对以波尔为首的哥本哈根量子学派发起了突袭,理由是“物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的?”,简单点就是波尔你们解释的量子力学不完美。

其中提到了一个思想实验,那就是“EPR佯谬”:两个粒子的自旋如果处于“纠缠态”且系统的总自旋为0,把这两个粒子分开很远的距离后,按照量子力学的解释,这两个粒子的自旋都处于1/2和-1/2的“叠加态”。

如果测量其中的一个粒子A的自旋,结果显示为1/2,按照量子力学的描述,另一个粒子B必定是-1/2。

那么问题来了,B是如何知道自己需要变成-1/2的,在A接受测量的同时,B无视距离的限制,瞬间知道了自己要变成-1/2。要知道,在这之前,B根本就不知道自己是如何自旋的,因为按照量子力学的描述,B是处于1/2和-1/2的“叠加态”。如果B知道了,那么就违背了我的相对论,因为任何物理影响都不可能超光速传播,包括信息!

所以波尔你们的“叠加态”说法不正确,两个粒子在分开的时候,就已经确定了自旋的状态,只是我们没有测量,所以不知道,根本就不存在概率的说法!

爱因斯坦的这个说法好有道理,(广大吃瓜群众也觉得爱大神很有道理,波尔你就等着挨收拾吧,居然连这么浅显的道理都不懂,居然还给我提什么“纠缠态”,啊呸!)简直就是致命一击,波尔得知后,苦苦思索了一夜,最终发起了反击。

爱因斯坦你不要把你的经典物理学观念套到量子力学中来,这根本就行不通,测量之前哪有什么自旋啊,他们就是一个整体,就算分开了也是一个整体!是测量产生了自旋。

这个解释显然不能说服爱因斯坦,然后两人谁也说服不了对方,最后不欢而散。

后来在一系列的试验中,证明波尔是对的!在量子世界中,确实是存在这种匪夷所思的“叠加态”,例如比较出名的“单电子双缝干涉实验”。

既然粒子间可以有这种“超距作用”,那么我们是不是可以用来实现超距通信呢?答案是:你想多了!超距通讯是不存在的!纠缠中的粒子只会和自己的朋友玩,不会搭理你!

还是用上面的两个粒子来举例,它们之间存在“超距联系”,但是这个联系只在两个粒子间存在,与你无关。

假设你想通过A把信息传递给B,你先测量了A,知道A的自旋是1/2,然后通过一些技术手段把它变成了-1/2,那么这时候的B呢?没错,B的自旋还是-1/2,不管你如何倒腾A,B都不会变,信息根本就没有传递过来,因为在你测量A的瞬间,B就坍缩到了固定状态,“叠加态”消失了,两者之间的纠缠也就消失了。

“量子纠缠”就好比一个黑箱子,没有打开之前,谁都不知道里面装了啥?(这时候信息根本就无法传递)

等到打开后一看,哦,原来是这个东西啊!但是这并没有用,因为你打开了箱子,不管再关上几次箱子,箱子里的东西都不会再产生变化。(因为纠缠是一次性的,信息同样无法传递。)

现代的量子通讯,其实只是利用量子纠缠中的这种只能坍缩一次的特性来进行加密。

利用非线性晶体的自发参量下转换过程生成处于偏振纠缠态的两个光子,然后再用光纤传送到不同的地方进行探测,通过光子携带的信息来加密。

这一过程中,不管是信息本身的发送还是加密钥匙的发送都还是普通通讯手段,没有超光速。


宇瑶杂谈


首先在现行的物理框架内不可能!注意这个前提条件“在现行的物理框架之内”,量子纠缠并不能传递信息。现在世界上所谓的量子通讯,其实只是用量子的某些特性对信息进行加密。其次从科学本身的定义来看,能被“证伪”的学问才被称为科学,科学最大的特点就是具有证伪性,所以从科学本身的定义来看,通过量子纠缠来传递信息在未来未必就不可能。在人类的科学史上,就是通过一次次对前人理论的证伪,推动了人类文明的进步!

第一个问题:什么是量子超距?

关于量子超距感知通俗的比喻就是双胞胎之间的心电感应,但很遗憾这个比喻非常的不恰当,只是某些科学家为了向公众进行通俗解释的一种方法。事实上如果一个人没有足够的科学知识,没有足够的数学能力很难真正直观、准确的了解量子,只能通过宏观世界的例子尽可能接近的进行比喻,小编以下的回答也是如此。

什么是量子超距:量子是能量的最小单位。所有的物质都是由原子组成,原子又由原子核和电子组成。原子核又可以细分为质子和中子,而质子和中子又可以细分两个上夸克和一个下夸克;两个下夸克和一个上夸克,所以电子属于量子而质子和中子则不是量子。

以电子为例,电子有一个共性就是“自旋”。为了方便理解你当然可以想象成类似宏观世界一个球体的旋转,但实际上电子的自旋和宏观世界旋转完全不同。

在量子世界,特殊的情况下两个量子可以建立一种无形的联结,互相进行感应,而且这种感应速度是超光速的。只要知道一个纠缠一方的一颗量子的自旋方向,那么另一个必然相反。譬如说现在我们有A和B两颗呈纠缠态的量子,如果我们知道A量子的自旋方向为上旋,量子B的自旋方向就必然是下旋。

第二个问题:为什么量子超距不能传递信息?

量子纠缠的特性很容易让人产生一个错觉,即可以通过操控其中一颗量子的自旋方向,来达到控制另一颗量子自旋的目的,从而传递信息。这种想法非常合理,其实科学家们原本也是这么想的,但却无法实施,这是因为:

一、量子具有不确定性原理:即不能人为的对量子的运动进行控制,甚至无法进行测量。

二、量子纠缠是一次性的联结:也就是说如果认为的对呈纠缠态的一颗量子就行测量,那么两颗量子之间纠缠的状态就会被打断。

量子纠缠的这两种特性实际形成了一种逻辑上的悖论,在现行的物理框架内不能用作信息传递的工具,只能用来对信息进行加密。现行所谓的量子通讯其实从严格意义上来说只是“用量子特性进行加密的通讯”!

第三个问题:量子纠缠的超距作用,是否可以实现宇宙中实时通讯,就如同三体中智子一样?

相信看了以上的回答,这个问题已经基本有了答案。在现行的物理框架内,量子纠缠并不能传递信息,何况智子(质子)本身不是量子,它还可以被细分为两个上夸克和一个下夸克,因此它也不具有纠缠的特性。

但从长远来说,科学具有证伪性,人类截止到今天只是刚刚打开了量子世界的一扇窗户,在这个神奇的微观世界还有太多的秘密等待人类去探索。或许有一天,等人类真正揭开了量子世界所有神秘的面纱,也许会想到用它进行通信的办法。

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由于科学家首次识别出从1500公里高度卫星上反弹回地球的单批光子,实现了太空绝密传输量孑信息的重大突破。这一突破表明在太空和地球之间可以抅建安全的量孑通道来传输信息,用于全球通信。但全宇宙通信目前仅是梦想。


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