量子糾纏不能傳遞信息,有比這更通俗的解釋嗎?

2020-12-15 飛魚科普

中國的量子衛星上天了,但量子糾纏只是負責驗證密鑰,不能傳遞信息。用信息不能超光速來解釋信息傳遞,理論性太強了,那麼小學知識能解釋明白嗎?

簡單介紹一些量子糾纏:兩個糾纏的粒子處于波函數疊加狀態,測定其中的一個粒子,兩個粒子的波函數就會坍塌。如果其中一個粒子的狀態是1,另一個粒子的狀態就是-1。

信息傳遞只是表象,我們認為測量其中一個粒子的時候,另一個粒子的信息瞬間「傳遞」過來了,發生了信息傳遞的過程。實際上另一個粒子的信息不是傳遞過來的,而是由另一條信息推導出來的:兩個粒子處於糾纏態。這個信息在量子糾纏開始時就已經存在,隨後跟隨糾纏的粒子,所以傳播速度和粒子的運動速度相同。糾纏態測量一次之後就會消失,也就不需要超光速傳播信息遠距離重新建立量子糾纏。

如果把兩個不相關的粒子誤認為糾纏狀態,我們也能「知道」另一個粒子的狀態。更能說明這裡的信息傳遞是推測,而不是真是信息傳遞。手套原理說的很清楚,把一雙手套分開,知道其中一隻是左手,另一隻就是右手。如果兩隻都是左手,推測就會出錯,可見信息在手套分開時就已經存在了,如果分開手套時不知道是不是一雙,就不能得出另一隻手套的狀態。這個過程中真正的信息是兩隻手套的對應關係,而不是另一隻手套的狀態。隨後單獨改變一隻手套,並不能超光速傳遞信息重新建立兩隻手套的對應關係。

手套原理說的很明白,之所以我還要重新解釋,是因為大多數解釋認為量子糾纏是一次性的所以不違反信息不能超光速,甚至否認量子糾纏過程中有信息傳遞。實際上,如果沒有信息傳遞,憑什麼知道另一個一粒的狀態?只不過信息傳遞的過程在量子糾纏時就已經開始,和粒子的運動速度相同。

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  • 量子糾纏
    甚至當對於兩個粒子分別做測量的時間間隔,比光波傳播於兩個測量位置所需的時間間隔還短暫之時,這現象依然發生,也就是說,量子糾纏的作用速度比光速還快。最近完成的一項實驗顯示,量子糾纏的作用速度至少比光速快10,000倍。這還只是速度下限。根據量子理論,測量的效應具有瞬時性質。可是,這效應不能被用來以超光速傳輸經典信息,否則會違反因果律。
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    而對於了解的人來說,它是一種令人毛骨悚然的神奇現象,以頗為神秘的方式解釋現實的本質。事實上,量子糾纏兼具以上兩種特點。如果拋開現實世界的運作原理不談,那麼量子糾纏可以用普通概率理論來解釋。雖然它可能會出現超距幽靈作用(spooky action at a distance),但只有當無法從多維角度思考它時,它才會成立。
  • 顛覆光速最快,科學無法解釋,量子糾纏是科學還是「超自然」現象
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    為何總是會有人把量子力學尤其是量子糾纏「妖魔化」?總是有人把量子糾纏與意識甚至靈魂等概念聯繫在一起?就是因為量子糾纏太詭異了?太有悖於我們的傳統認知了嗎?事實上,量子糾纏並沒有多麼難以理解,它就是量子世界的一個固有屬性而已,本質上就是量子的疊加態和不確定性(詳見我的專欄,點擊頭像即可),不過量子糾纏並沒有傳遞任何信息,只是一個整體系統的表現而已!而人類的情感呢?
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    如果你曾經想知道使量子力學令人困惑的的理論背後的基礎知識是什麼,那麼下面是對量子力學的幾個基礎問題的簡單通俗的解釋。量子的由來我們現在知道,所有物質都是由原子組成的。每個原子依次由電子「環繞」一個由質子和中子組成的原子核組成。原子是一個一個地離散的。
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