量子糾纏到底能否超光速???

2021-02-15 科學解碼

北京時間10月10日消息,據國外媒體報導,量子糾纏是量子力學中最令人困惑的領域之一,這是一個不為人知的物理領域,對於大眾而言它並非清晰易懂,並且知識結構複雜。

像這樣的晶體可以儲存糾纏態量子,它表明了非直覺量子力學的有效性。之前科學家對量子糾纏是否超越光速存有爭議,最新研究顯示,這種觀點可能存在一定的合理性。

甚至愛因斯坦本人也對微觀粒子的驚人表現感到困惑,他堅信我們從根本上誤解了宇宙量子力學。事實證明愛因斯坦的觀點是錯誤的,但是要解釋他哪裡出了問題,以及量子領域的真實狀況,仍需要一段時間。讓我們開始揭曉其中的謎團吧……

首要問題

量子力學最重要的經驗之一就是我們必須完全改寫我們的「粒子」概念,而不是在空間和時間上描繪一個堅硬、固體的精確點,目前科學家將粒子作為模糊概率(fuzzy probabilities),當我們尋找粒子時,會將所發現的粒子進行相應描述,但在我們進行測量之前,我們仍無法精確知道關於粒子的一切。

這些粒子模糊概率不僅僅適用於一個粒子的位置,它們也與粒子速度、角動量、旋轉等有關。如果我們對測量粒子感興趣,很可能我們不知道會提前獲得什麼發現。

粒子模糊概率也被稱為量子態(quantum states),它們是簡潔的數學方程,總結了我們想要探測粒子性質的所有概率。但是當兩個粒子共享一個量子態時,就令人非常費解。在某些情況下,我們可以用量子連接兩個粒子,因此這樣一個數學方程就能同時描述兩組粒子概率。

令愛因斯坦困惑的事情

最初,很可能只有學者才會關心,但是一些有趣的事物出現了,是兩個粒子所謂的「糾纏態」,在我們看來這是一個極為簡單,但卻令人驚訝的事實。

我們將準備超特殊糾纏量子態,這樣就可能有兩種可能的結果,在我們進行測量時,每一種結果都有一個50:50的完美機率。在第一個結果中,一個粒子存在向上旋轉,另一個結果是向下旋轉,此時的旋轉方向是相反的。

以上結論都非常正確,我們開始準備糾纏量子態測試,讓這些粒子以自由方式離開,並開始進行測量。

首次觀測粒子,我們發現一個旋轉指向。它很容易朝向下方,但這就像拋硬幣一樣,當我們正好趕上了朝向上旋轉的粒子。這將告訴我們第二個粒子的狀況嗎?由於我們非常仔細地排列糾纏量子態,我們目前百分之百地確定第二個粒子肯定是向下的。它的量子態與第一個粒子糾纏在一起,一旦出現一個啟示,就會發現這兩種情況。

如果第二個粒子在房間的另一側呢?或者在銀河系的另一邊呢?依據量子理論,一旦做出「選擇」,伴侶粒子將立即知曉是如何旋轉的,其通信速度可接近光速,而愛因斯坦則認為這是不可能實現的。

生活在量子世界

假如我保留一對糾纏狀態下粒子中的一個,將另一個粒子發送給你。像往常一樣,我研究我的粒子,執行所有最重要的測量,並發現一個向上旋轉的粒子。然後發出一束光,告訴你所發現了什麼。

但在光信號到達之前,你觀察你的粒子,測量量子理論下的向下旋轉粒子。但是由於我的信息還未到達,你不知道是否你是第一個看到該信息,或者只是隨機地得到一個向下旋轉或者如果我先打開將你的粒子強制性進入這個狀態。只有在對比分析之後,我們才發現兩個粒子是真正地糾纏在一起,對一個粒子的測量,完全依賴於另一個粒子。在這種交流分析之前,我們無法判斷我們是否在處理已經存在的粒子。

所以雖然解開量子糾纏的過程是瞬間發生的,但並沒有相關的任何跡象。我們必須使用傳統、不超過光速的通信方法,拼湊出量子糾纏所需的相關性。因此,愛因斯坦的宇宙速度極限被保留下來,同時從根本上講,量子的世界觀也是如此。

相關焦點

  • 網友問:量子糾纏的傳輸速度是有限的嗎,量子通信能否超光速?
    理論上,量子糾纏的傳遞影響速度是瞬時的,也可以說是超光速的,但是這種超光速沒有意義,因為我們不能利用這個超光速現象來傳遞有效信息。說到這裡,肯定有人要說,量子通訊不就是利用量子糾纏來傳遞信息的,怎麼一會說能傳遞信息,一會又說不能傳遞信息?
  • 量子糾纏超光速,相對論不允許超光速,兩者衝突嗎?
    幾個粒子處於糾纏態時,如果對其中一個粒子進行測量,另外的粒子會立即變為相應的狀態。從描述粒子體系的函數中可以看出來,其他粒子的變化與時間及距離無關,意思是不論兩個粒子距離多遠,對其中一個粒子進行測量,另一個粒子會同時發生變化。這就是愛因斯坦說的「鬼魅般的超距作用」。愛因斯坦認量子糾纏時的超光速違背了相對論,這是愛因斯坦認為量子力學不完備的重要原因。
  • 量子糾纏超光速,為什麼沒有違反愛因斯坦的相對論?
    量子糾纏這個概念是由波動力學的創始人薛丁格命名的。說到量子糾纏,必須要先來說一說量子。觀測及實驗表明,原子及亞原子粒子的運動是不連續的,或者說這些粒子的運動變化是離散的。對於量子糾纏現象來說,無論是100倍光速,還是1萬倍光速,都沒有實際意義。你也可以認為,量子糾纏的速度無窮大。至於為什麼會產生這種聯繫,科學家們也不是太清楚背後深層次的原因。可以肯定,量子糾纏是一種客觀存在的物理現象。
  • 量子糾纏超光速,為什麼沒有違反愛因斯坦的相對論?
    什麼是量子糾纏? 量子糾纏是發生在光子、電子這一類構成物質的基礎粒子上的一種量子效應。按尺度劃分,世界有宏觀和微觀之分,量子效應就主要發生於原子及亞原子尺度下的微觀世界。量子糾纏這個概念是由波動力學的創始人薛丁格命名的。
  • 量子糾纏最小的速度都超光速,是否違背相對論嗎?
    圖:愛丁頓發現星系光線偏轉,證明了廣義相對論時空彎曲愛因斯坦提出量子糾纏量子糾纏的速度的確超光速,目前來看量子糾纏的速度可能沒有任何限制,這不是和相對論相矛盾嗎?是的,愛因斯坦的狹義相對論中明確表示了任何靜態質量不為零的物質無法達到光速,更別說超過光速,那麼量子糾纏是怎麼回事?
  • 貌似這是超光速?神奇的量子糾纏
    要理解什麼是量子糾纏,我們必須回到這個問題的源頭,那就是 1935 年 5 月,愛因斯坦同兩位年輕的美國物理學家波多爾斯基和羅森在美國《物理評論》47 期發表了題為《能認為量子力學對物理實在的描述是完備的嗎?》的論文,在物理學界、哲學界引起了巨大的反響。
  • 相對論不允許超光速,那量子糾纏和引力波超光速了嗎?
    那麼量子糾纏和引力波超光速了嗎?這其實是兩個問題,我們必須分開討論,因為兩者的性質完全不同。量子糾纏量子糾纏最早是由愛因斯坦提出的,用以質疑玻爾為首的哥本哈根學派對波函數坍縮的概率解釋。(量子糾纏)那麼問題來了,此時a、
  • 量子糾纏的具體機制之四:超光速和「時空態波包」的發現
    量子糾纏現象是目前所有科學家和哲學家們都無法理解的神奇物理現象。於是,如果我們揭示了量子糾纏現象的具體機制,那麼就會導致人們哲學觀念的大革命、科學信仰的大革命和思維方式的大革命。1900年12月,普朗克第一次提出了黑體輻射的能量發射和吸收的「量子化假設」。他認為世界萬物之間的能量交換不是連續的,而是一份一份的能量單元即能量子hv。
  • 量子糾纏速度遠超光速,相對論和量子力學到底哪個有問題?
    在量子力學中需要用函數來表示體系的狀態。假設一個體系是由兩個粒子組成的,描述這個兩粒子體系的函數可以表示成描述各個粒子的函數的積的形式,這個體系的態就是直積態。如果不能表示成描述各個粒子的函數的積的形式,這個體系就處在糾纏態。
  • 量子通信不是用量子糾纏超光速傳遞信息!其本質是絕對加密電磁波
    我國的量子通信已經走在了世界的前列。有人會好奇,量子通信比傳統電磁波通信強在哪呢?量子通信是利用量子糾纏通信嗎?量子通信這個名字的確有點誤導性,它的全稱是量子加密通信,重點在加密,而量子理論知識幫助信息加密的。你可能依舊好奇,量子糾纏可以超光速,那量子通信可以超光速嗎?
  • 量子糾纏真的能超光速傳遞信息?——愛因斯坦的EPR悖論詳解
    量子糾纏是根據愛因斯坦為了反駁玻爾為首的哥本哈根學派的量子力學解釋而提出的一個稱為EPR悖論(Einstein-Podolsky-Rosen paradox)設計的思想實驗。即愛因斯坦、波多爾斯基、羅森悖論。三人於1935年5月在《物理評論》上聯名發表的名為《可以認為量子力學對物理實在的描述是完備的嗎?》
  • 量子?糾纏?量子糾纏到底是什麼?
    量子糾纏很不同卻也難以理解,不過也有方法可以讓它很容易被理解。加拿大多倫多大學的艾瑪爾(Amar Vutha)的解釋如下:圖解:糾纏是粒子性質間的一種「量子糾正」。(示意圖如上)量子計算機、量子密碼學和與量子相關的東西都經常在新聞中被報導。關於他們的文章不可避免的都會提到糾纏,量子物理學的性質使得這些神奇的裝置成為現實。愛因斯坦將糾纏稱為「幽靈般的超距作用」,這個名字逐漸被人們了解認識。遠遠超過建造量子計算機、在其他方面理解和利用糾纏也是非常有用的。
  • 量子糾纏是上帝送給人類的禮物
    上帝既有此安排,一定會有我們未發現的方法去突破限制----超光速旅行和超光速通信!幸運的是,我們已經發現了一個:超光速通信,那就是量子糾纏!科學家已經證實,將兩個糾纏量子分開,改變其中一個量子,另一個量子就算是在宇宙盡頭,也會作出相應改變,而且這個相互作用是幾乎無時間的瞬間作用。
  • 量子糾纏速度起碼是光速的10000倍,違反相對論了嗎?
    當然很多朋友又會舉例量子糾纏在任何狀態下都能超光速,而且就是實時的,遠不止光速的一萬倍!果真是這樣嗎?量子糾纏到底是什麼東西?它真超光速了嗎?量子糾纏最早應該追溯到愛因斯坦和波爾之間的一場"戰爭",1905年愛因斯坦以一篇光電現象的論文確立了和普朗克一樣的量子力學的宗師地位,但比較耐人尋味的是無論是愛因斯坦還是普朗克,他們都走向了極端保守的一面,而愛因斯坦則走得更遠一些,畢生都想讓量子力學回歸經典的因果律,因為量子力學的發展,推導出了匪夷所思的違反因果律的結論,為此他提出了一個又一個思想實驗,試圖將已經瘋狂的量子世界重新回歸經典
  • 能否通過量子糾纏來消除不確定性原理?
    不確定性原理,是量子力學最根本的特徵。不確定性原理與測不準原理不是一回事。不確定性屬於微觀量子世界的內在秉性,而測不準則是觀測技術的問題,二者並沒有直接關係。英語「Uncertainty Principle」應直譯為「不確定性原理」,而不能譯為「測不準原理」。現在的中國教科書中,已經更正為「不確定性原理」。
  • 相隔900億光年的兩個糾纏量子也可以瞬間發生相互感應嗎?
    量子糾纏及其速度何謂量子糾纏?量子糾纏說的是當幾個粒子在彼此相互作用後,各個粒子已綜合成為整體性質,因而無法單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質的現象。哪來的超光速?量子糾纏超距「作用」的原因量子力學的特徵是非定域性的(這和其不確定性原理一脈相承),而包括愛因斯坦相對論在內的其他所有理論都是定域性的。
  • 電子躍遷,是電子的量子糾纏運動嗎?
    現代物理學認為物質是由分孑組成的,分子是由原子組成的,原子是由原子核及繞核運轉的電子組成的,電子在原子運轉是分層次的,每一層屬於電子的能量級,而電子的躍遷是因為,環境改變原子的內引力既對電子的束縛力,而促使電子的自由度增強,就掙脫本軌道而升遷到外層軌道,而電子在任何軌道的運行速度應都是一樣的,沒有什麼量子糾纏
  • 讓愛因斯坦困擾的,量子糾纏是什麼?
    量子計算機基於超導量子位由開發IBM研量子糾纏有什麼作用:不可破解的代碼(量子通信)量子糾纏在量子計算和量子密碼學等新興技術中得到了應用,並已被用於通過實驗實現量子隱形傳態。同時,它引發了一些有關量子理論的更哲學導向的討論。由量子力學預測並在實驗中觀察到的相關性拒絕了局部現實主義的原理,即關於系統狀態的信息僅應通過其周圍環境的相互作用來介導。關於量子糾纏過程中實際發生的事情的不同觀點可能與量子力學的不同解釋有關。
  • 為什麼量子糾纏超越光速至少10000倍!但卻不違背相對論?
    為什麼量子糾纏超越光速至少10000倍!但卻不違背相對論?愛因斯坦的狹義相對論指出,光速是不可超越的,也就是說,光速是宇宙中最快的速度,但是為什麼量子糾纏超光速至少10000倍但卻並不違背相對論呢?到目前為止,還沒有科學家得出量子糾纏超過光速的絕對結論,但它得到了許多權威人士的支持。瑞士科學家最近表示,他們已經在實驗中證明,糾纏亞原子粒子之間的信號傳輸速度遠遠快於光速,達到光速的一萬倍。因為在量子糾纏系統中,不管兩個量子走到一起有多遠,一個量子會改變,另一個也會改變。
  • 我們能用量子糾纏來進行超光速通信嗎?
    半整數自旋粒子的量子機械貝爾測試。在量子物理學中,我們通常不會糾纏硬幣,而是糾纏單個粒子如電子、光子,他們擁有+1或-1的自旋。如果你測量其中一個的自旋,你便能立即知道另一個的自旋,即便它處在宇宙中央。粒子將處於不確定狀態直到你測量出其中一個的自旋。