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量子力學指出信息可以在各個系統之間瞬間傳輸，而與系統之間的距離無關。這種糾纏的現象表明宇宙中的粒子之間存在著一張巨大的網際網路。愛因斯坦、波多爾斯基和羅森認為該結論是荒謬的，於是在EPR悖論中對此提出了質疑。實驗表明量子糾纏是存在的。自此，量子糾纏開始應用於量子密碼學、量子計算，甚至於瞬間傳輸。
愛因斯坦一直不接受量子力學的哥本哈根詮釋。哥本哈根詮釋認為量子系統是以概率疊加態存在的。只有對量子系統進行觀察時，系統才會採取終態。沒有觀察時，系統的存在狀態有多種可能性。愛因斯坦對該種解釋很不滿意，認為這樣的混合存在狀態是不現實的。
EPR悖論
1935 年，愛因斯坦與波裡斯 ·波多爾斯基（Boris Podolsky）和內森 ·羅森（Nathan Rosen）一起，提出了愛因斯坦—波多爾斯基—羅森（Einstein-Podolsky-Rosen）悖論，簡稱EPR悖論。請讀者想像由一個粒子衰變成兩個較小的粒子。如果原來的母粒子是靜止的，則兩個子粒子必須具有大小相等、方向相反的線動量和角動量，以保證動量總和仍然為0（守恆）。因此子粒子將互相分開，且旋轉方向相反。子粒子對的其他量子屬性也是類似的。只要發生衰變，那麼只要測得了其中一個子粒子的自旋方向，就能馬上知道另一個子粒子的自旋方向是相反的。即便經歷了很長時間，粒子已經運動到遠處，看不見了，也仍然如此。這就好像是看到一對雙胞胎，如果發現其中一個雙胞胎的眼睛是綠色，我們馬上就能猜到另一個雙胞胎的眼睛也是綠色的。
如果採用哥本哈根詮釋對此進行解釋，那麼就意味著在測量之前兩個粒子（或雙胞胎）處於多種可能狀態的疊加。粒子的波函數包括各方向上的自旋信息，而對於雙胞胎來說，他們的眼睛則是各種顏色的疊加。只要測量了兩個粒子之一，那麼二者的波函數就會同時坍縮。愛因斯坦、波多爾斯基和羅森認為這樣的解釋是沒有意義的。如果兩個粒子相隔甚遠，怎麼可能同時對其施加某種作用呢？愛因斯坦已經指出光速是一切速度的極限，任何物體的速度都不能超過光速。對第一個粒子的觀察行為如何能傳達到第二個粒子？測量宇宙一側的物質並不能同時影響宇宙另一側的物質。這就說明，量子力學是錯誤的。
糾纏
在描述薛丁格貓悖論的論文中，薛丁格還採用了「糾纏」一詞描述在一定距離下的這種奇怪的行為。
對玻爾而言，宇宙在量子水平上是相互聯繫的。但愛因斯坦的觀點與此不同，他更傾向於承認「局部現實」，也就是說世界的信息在局部是確定的。好比一對雙胞胎如果生下來時眼睛的顏色一樣，那麼他們的眼睛在我們觀察之前也不會處於模糊的多色狀態。愛因斯坦由此假定粒子對一旦出現，就固定不變了，觀察者在一定距離下進行觀察時無需通信，也無需發揮任何作用。愛因斯坦猜想有一些隱變量（現稱「貝爾不等式」）的存在將被發現，最終可以證明自己是正確的，不過目前還沒有證據能支持這個猜想。
愛因斯坦的「局部現實」理論現已被證實是錯誤的。實驗表明量子糾纏是存在的。即便粒子的數目不止2 個，或者粒子之間的距離有幾米遠，糾纏仍然是存在的。
量子信息
量子糾纏開始時是一個哲學上的爭論。不過現在量子糾纏已經能用前所未有的方式實現信息的編碼和傳輸。在一般的計算機中，信息是以二進位固定值的位編碼的。量子編碼中採用兩個或兩個以上的量子態，系統也以這些狀態的疊加態存在。1993 年，「量子比特」開始被簡稱為「量子位」（比特值的量子疊加）。基於這些原理，現已設計出了量子計算機。
糾纏態為量子位之間的通信提供了新的方式。如果有測量動作發生，就會引發系統的各個部分之間爆發式的量子通信。測出了系統一部分的值，就能設置系統其他所有部分的值。該效應在量子密碼學和量子瞬移上是很有用的。
量子力學的不確定性實際上排除了科幻中所描述的瞬移。要實現這種瞬移，科學家需要採集到物體的所有信息，之後在別處重新組裝。而不確定性原理使我們想要獲取所有信息的想法破滅。因此，要實現一個人（哪怕是一隻蒼蠅）的瞬移是不可能的。但是，通過操作糾纏系統，可能會實現量子瞬移。如果有兩個人（物理學家們通常稱為愛麗絲和鮑勃）共享一對糾纏的光子，則愛麗絲可以對她的光子進行測量，之後將最初所有的信息傳送給鮑勃的糾纏態光子。鮑勃的光子和愛麗絲的雖然不是同一個，但此時卻無法把二者區分開來。不管事實是否如此，瞬移這個問題本身還是很好的。沒有任何光子和信息是能夠到達任意地方的，因此愛麗絲和鮑勃可能位於宇宙兩邊，並變換各自的糾纏態光子。
量子密碼學採用量子糾纏作為關聯加密密鑰。發送者和接收者分別持有糾纏系統的一部分。信息被隨機置亂後，唯一的解密碼通過連接到接收者的量子糾纏進行發送。這樣做的好處是，如果信息被攔截，那麼任何測量行為都會造成信息的破壞（量子態改變了）。因此信息只能使用一次，而且只能被那些了解如何通過密鑰進行量子測量的人讀取。
糾纏告訴我們，世界並不是獨立存在的，它依賴於測量的形式。空間中除信息外的所有物體都是不固定的。人們只能對信息進行收集，按照認為合適的方式進行排序，使信息變得更有意義。宇宙是信息的海洋，人們賦予信息的形式是次要的。
本文摘自《你不可不知的50個物理知識》（人民郵電出版社圖靈公司），由《科學》（Science）雜誌物理學編輯Joanne Baker撰寫。更多詳情，點擊閱讀原文。
來源：環球科學（「科學美國人」中文版）
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