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科学探索:量子纠缠通俗演义

2017-10-22 15:23世界之最奇闻网编辑:admin来源:未知


科学探索:量子纠缠通俗演义

量子力学是一门很高深的学科,也是目前理论界争议颇多的科学。从爱因斯坦时代就有了与波尔的争论,如今这些争论并没有停止,但量子理论的研究已经取得了长足的进展。

量子理论是在大量试验和计算论证的基础上提出并发展的,有很多公式和模型,也充满了推测和猜想。时空通讯才疏学浅,看的眼花缭乱。但科普文章并不是要把那些繁琐的公式和理论在这里在演绎一遍,而是怎么用通俗的语言把道理说清楚,能让普通民众也能大致明白。可量子理论太高深了,要通俗的说明白还真是不容易,所以时空通迅绞尽脑汁,做这篇文章。说得不好请多包含。

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量子纠缠(quantum entanglement),或称量子缠结,是一种量子力学现象,是1935年由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的一种波。简单的说,量子纠缠就是在两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象,虽然粒子在空间上可能分开,但影响不变。纠缠是关于量子力学理论最着名的预测。它描述了两个粒子互相纠缠,即使相距遥远距离,一个粒子的行为将会影响另一个的状态。当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化。

由于量子的这种特特性,一些人们认为,量子传输可以实现瞬间传输,比如在三十万公里的地方,两个纠缠着的量子在这头测量了一个,状态发生了变化,另一个对应马上也会发生相应的变化,这种传输是即时的,光速要1秒,量子则是说到曹操曹操就到,立刻,所以是超过光速的,有人认为超过光速几千倍,有人认为超过一万倍,还有的认为更多。

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但这个结果是不是突破了爱因斯坦相对论提出的光速限制理论呢?事实并非如此。研究表明,量子纠缠状态及其影响并不能按照光速理论来解释,它们原本是在一起的有着相同特性的粒子,把它们分开后还保存着这种特性而已。测量它们的一方,另一方表现出相同的状态,不是通过我们世界的时空来传输的,而是通过一个看不见摸不着而且永远也不可能弄清的方式进行纠缠的。根据玻姆理论的预言,尽管它为粒子找回了轨迹,但却是一条永远不可见的轨迹,理论中引入的隐变量—粒子的确定的位置和速度都是原则上不可测知的。人们永远无法知道粒子实际的运动轨迹,但对它们的测量将总是产生与量子力学相一致的结果。正像爱因斯坦预言的那样,量子纠缠是“鬼魅似的远距离作用”,“上帝不掷骰子。”玻尔却说,“亲爱的爱因斯坦不要指挥上帝做什么。”所以,就像时空膨胀理论提出的超光速一样,量子纠缠理论同样不能动摇爱因斯坦的宇宙光速限制理论。至少目前是这样。

根据量子的这种特性,目前比较快的运用前景是通讯技术和计算机的改进。量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术,与超光速传递信息无关。尽管知道这些粒子之间“交流”的速度很快,但我们却无法利用这种联系以如此快的速度控制和传递信息。事实上,人们运用更多的是量子鬼魅般的隐形传输特性,无法破解的保密性。因此爱因斯坦提出的规则,也即任何信息传递的速度都无法超过光速,仍然成立。

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在量子通信的研究方面,我国已经走在了前列。中科院量子信息重点实验室李传锋、黄运锋研究组在郭光灿院士的领导下,成功制备出八光子纠缠态——GHZ态,并进一步利用产生出的纠缠态完成了八端口量子通信复杂性实验。实验结果超越了以往界限,展示了量子通信抗干扰能力强、传播速度快的优越性。2017年6月15日,《科学》杂志以封面论文形式,报道了中国“墨子号”量子卫星首次实现上千公里量子纠缠的消息,相较于此前144公里的最高量子传输距离纪录,这次跨越意味着绝对安全的量子通信离实用又近了一步。潘建伟院士及同事陆朝阳、陈宇翱等近期在量子信息科研领域再获重大突破,他们通过两种不同的方法制备了综合性能最优的纠缠光子源,首次成功实现“十光子纠缠”,再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。可以预见,在不久的将来,量子技术会带给人类更广阔的应用前景。

 

(来源:未知)

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