量子糾纏是如何實現的?量子糾纏的定義

2021-02-15 量子新科技諮詢

 量子糾纏是如何實現的?先說一下量子糾纏的定義

  它是量子力學理論的一個著名預測 。描述了兩個粒子互相糾纏,即使相距遙遠距離,一個粒子的行為將會影響另一個的狀態 。當其中一顆被操作而狀態發生變化,另一顆也會即刻發生相應的狀態變化。

  在討論這個巨大的話題之前,讓我們先想像一個平凡而熟悉的場景:你在教室裡,但老師不在。

  這個時候飛來飛去的紙團,八卦和尖叫笑聲充斥在空氣裡。

  「小心!老師回來了!」第一個注意到老師目光的人提醒了其他同學,然後你立即回到屬於自己的小角落,當作什麼事都沒有發生過。

  你能想像,當沒有人在的時候,教室的桌子和椅子有可能也會這樣嗎?

  你能想像,這些物體可能不是固定的、一成不變的,而在人們觀察的時候,就會迅速恢復到正常狀態?

  如果你覺得這種想法只是天方夜譚,那麼你並不孤單——1927年的愛因斯坦,就是這麼認為的。

  科學家發現,一些非常小的粒子,比如原子,在觀察時確實會有變化。那麼有沒有可能組成椅子的這些原子在發現我們到來以後也會互相提醒,然後把最好的一面呈現出來呢?

  假如我們在觀察的時候,原子的狀態確實會變得不一樣,那麼有沒有一種方法能讓我們知道,它有沒有改變呢?

  量子力學認為,微觀粒子在沒有被觀測時,甚至比沒有被老師盯著的學生更加歡脫,完全沒有正形,上天下地無所不在——直到對它進行觀測,粒子才會突然老實下來,正襟危坐,有了確定的狀態。

  量子力學還認為,相互獨立且都沒有正形的兩個粒子能夠「糾纏」在一起,只要對其中一個粒子進行觀測,不僅是被觀測的粒子,與它糾纏的另一個粒子也會瞬間老實下來,無論它們之間相距多遠。它們之間「通風報信」的速度遠遠超過光速,這個現象被稱為「遠距離鬧鬼」。

  這就是量子糾纏,一個已經被證實的理論,你可能覺得很神奇,但是這個世界就是這麼神奇。

  所以我曾經才寫過一篇文章《理解了「量子力學」,你會認為科學的盡頭是「神學」並不是空穴來風》。

「量子糾纏」有了它,瞬間移動不在是個問題

  量子糾纏(quantum entanglement),又譯量子纏結,是一種量子力學現象,其定義上描述複合系統(具有兩個以上的成員系統)之一類特殊的量子態,此量子態無法分解為成員系統各自量子態之張量積(tensor product)。

  量子糾纏是粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統中相互影響的現象,雖然粒子在空間上可能分開。

  在量子力學裡,兩個粒子在經過短暫時間彼此耦合之後,單獨攪擾其中任意一個粒子,會不可避免地影響到另外一個粒子的性質,儘管兩個粒子之間可能相隔很長一段距離,這種關聯現象稱為量子糾纏。

  「量子糾纏」的應用有很多方面,如量子通信,量子計算機等,而且在現階段已經實現了其中的一部分,但由於受到周圍實驗環境的影響,還不得不進一步改善。

量子糾纏是如何實現的?

  量子糾纏應用原理是通過設備對成對的量子中的一個進行觀測,你測量了其中一個,也就知道另一個的狀態必然相反。至於那些說把量子狀態改變的一時一變純屬瞎扯,理論上如此,實際上再1000年也做不到,現在只是通過測量一對中的一個,來讓另一個坍縮來實現通信的。

  量子糾纏和光速不變一樣,現實中確實存在,實驗也驗證了,但是人類根本不知道原因,甚至無法去研究原因。

  量子糾纏最大的作用是通信,而且是保密通信,因為量子對是一對一的,只要測量了其中一個,就知道了另一個的狀態。而超不超光速不那麼重要。

  量子糾纏的速度都不能確定,只知道應該比光速快,不一定是不是瞬時發生,因為即使把美國的NIST-F2(最精確的銫原子鐘)拿來也只能說糾纏速度高於多少億公裡每秒(大概,要精確算,1秒約92億周期,所以只能算到92億分之一秒的的誤差內)

  由於我們只能用光速和銫原子鐘去測量物體,所以這種在光速外的東西根本沒招,估計近期是研究不出來的,需要先做出來便利可靠的量子糾纏信息設備,定下速度值之後才能研究糾纏怎麼來的,估計那時我們已經老死了,因為要做好量子糾纏設備,改善設備結構,發現新材料(理論上不存在的新材料),設計新一代設備才能實現改變量子狀態,能改變量子狀態時才能做實驗檢驗理論模型。

  但是無論如何,這是一個全新的物理研究時代了。不過看你問的問題應該不是物理學專業的人,你真想玩這麼高深的東西,最好先去巴結潘建偉教授,看看能不能給他掃個地什麼的,反正現在不缺錢、不缺人的研究狀態下,巴結不上估計也沒招進入這種物理學界最前沿的實驗組,或者你的知識、經驗都極其豐富然後帶一個20000人的實驗組還都是最優秀的,反正馬雲也投資不起這玩意,比爾蓋茨和馬斯克也投資不起。

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    我國擁有全球最先進的量子糾纏傳遞量子信息研究成果,雖然我國取得了相關量子力學和量子信息領域的突破,但尚未實現用量子力學或量子信息實現超遠距離糾纏。因此,根據國際慣例,工業界科學家需要發展一種能在擴大尺度上發生量子糾纏的方法,即可探測量子信息糾纏特性,以利用量子信息實現傳遞量子信息。量子糾纏的特性是一種量子力學隱性,即量子信息不依賴於特定空間和時間的位置。
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  • 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。
  • 未來暢想:如何實現100萬個量子比特的糾纏和量子計算
    本期墨子沙龍邀請陸朝陽教授為客串編輯,構思了一個腦洞大開的提問:「如何實現一百萬個量子比特的糾纏和量子計算」,並邀請了正在三個不同物理體系(光子、超冷原子、超導線路)從事研究的幾位青年研究人員一起討論和回答。 目前,科學家們基於各種不同的物理體系和不同的途徑開展了量子計算的研究。
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  • 我國實現50千米的量子存儲器糾纏
    中國航空報訊:研究團隊通過中科大校園與合肥軟體園之間的光纖,實現了遠距離的量子糾纏。儘管量子糾纏理論上不存在距離限制,但在實際技術層面,實現遠距離的傳輸卻面臨眾多挑戰。 量子中繼器 2017年,潘建偉團隊曾利用「墨子號」量子通信衛星,在相距1200千米的青海德令哈基站和雲南麗江高美古基站之間,實現糾纏態光子的傳輸,創下量子糾纏傳輸距離的紀錄。
  • 實現「量子霸權」,糾纏態製備是關鍵
    有人估計,當處於糾纏態的量子比特數目達到50左右,量子計算機就可以在某些特定任務上令任何一臺經典計算機望塵莫及,即所謂的「量子霸權」。除量子計算以外,對於量子科學的其他領域來說,糾纏都是極其重要的資源。比如,量子保密通信、量子隱形傳態,就是藉助了糾纏,才實現了量子態的傳送。「有了對於糾纏粒子的操控,才能實現量子世界的神奇和瑰麗。」 劉乃樂說。
  • 量子糾纏的本質是什麼?量子之間為何會發生糾纏?
    首先肯定一點:量子糾纏是微觀粒子間的一種特殊物理現象,已被實驗觀測證實,並非是猜測。量子不是某種粒子的稱呼,而是具有量子現象的微觀粒子的統稱。還有「全同粒子」的概念,量子力學裡對同一類粒子的定義,比如所有的電子是全同粒子;所有的中子是全同粒子。全同粒子有一個特性叫做疊加態原理,如何理解?我們不能把微觀粒子看作質點,它們的狀態只能用波函數來描述。兩個粒子的波函數是可以疊加的,就像聲波水波的疊加是一樣的。
  • 量子的孤立性導致,量子糾纏只能發生在微觀物體
    量子糾纏,這是前些時期十分火熱的一個物理詞彙,量子通訊衛星的誕生更是將量子糾纏的熱度推向了巔峰,雖然很多人至今還並未理解量子糾纏的本質,但是不可否認的是,量子糾纏已經成為了量子力學的基本特徵之一,不過在量子力學剛剛發展的十九世紀二三十年代,量子糾纏並未得到物理學屆的一致認可,反而遭到了很多保守物理學家的挑戰與攻擊
  • 清華量子糾纏實現突破意味著什麼?
    科技觀察未來不僅通過量子接口可以實現量子通信和量子網際網路的聯網,而且通信和網速將極大提高。近日,清華大學交叉信息研究院段路明教授研究團隊宣布其在量子信息領域取得重要進展,首次實現25個量子接口之間的量子糾纏。該成果的研究論文已在4月20日出刊的美國《科學》雜誌子刊《科學進展》刊載。這項成果的發布意味著什麼呢?
  • 實現雙光子量子糾纏?這種玩法很可以
    Lu等使用的方法雖然是用特定的可見光光子和近紅外光子形成量子糾纏,但該方法可以很容易地「移植」到其他可見光/近紅外光子組合中,以匹配特定的系統應用。此外,製造這種量子糾纏的微型光學元件已經可以大量生產。量子糾纏是量子力學中最違反常理的性質之一。
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    簡化版是:當用特殊的方式產生一對互相糾纏的量子對,根據哥本哈根詮釋,它們的狀態在被測量前是不確定的,如果把這對糾纏量子對分離開一光年遠,然後測量其中一個,再次根據哥本哈根詮釋,它會馬上隨機坍縮為一個確定的量子態,而由於糾纏量子對符合某種守恆定律,另一個未知的量子態就會同時被確定,也就是說另一個粒子也同時坍縮了。那麼問題來了,那飄到一光年外的另一個粒子是怎麼知道該坍縮到哪個量子態的呢?
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    現代信息技術,量子力學是硬體基礎,數學是軟體基礎。新華社10月18日報導說,具有代表性的是量子通信和量子計算,是科技大國重點搶佔的戰略技術高地。量子通信,是信息安全傳輸的「保護盾」,竊聽者必然被察覺並被規避;量子計算,則是未來計算技術的「心臟」,谷歌研究人員發論文稱,「基於一個包含54個量子比特的量子晶片計算系統,它花費約200秒完成的任務,傳統超級計算機要1萬年才能完成。」