量子纠缠(量子纠缠啥意思)

网友提问:

量子纠缠是什么呢?

优质回答:

当两个粒子在彼此相互作用后,可以构成一种新的量子态,无论两个粒子之间相隔多远,只要一个粒子发生变化,另一个粒子也随之发生变化,这种神秘的非定域性现象称为量子纠缠。爱因斯坦将其比喻成“鬼魅般的超距作用”。

量子纠缠的定义

在希尔伯特空间中,子系统A、B的量子态分别为|ψ(A)〉、|ψ(B)〉,若复合系统量子态|ψ(AB)〉不能写成|ψ(A)〉?|ψ(B)〉的张量积形式,则称两个子系统A、B相互纠缠。若|ψ(AB)〉=|ψ(A)〉?|ψ(B)〉,则A、B是相互关联的。

例如,两个粒子A和B,各有上(↑)、下(↓)两种自旋量子态,表示为|ψ(A↑)〉、|ψ(A↓)〉和|ψ(B↑)〉 、|ψ(B↓)〉,简化为A↑、A↓和B↑、B↓。因此,单粒子量子态可以组成4种双粒子量子态:(A↑B↑)、(A↑B↓)、(A↓B↑)、(A↓B↓)。

当一个双粒子叠加态可以写成单粒子量子态的张量乘积时,就是关联态,而非纠缠态,比如:|ψ(AB)〉 =A↓B↓ – A↓B↑ + A↑B↓ – A↑B↑ = (A↓ + A↑) *( B↓ – B↑)。

当双粒子叠加态是如此的形式:

|ψ1〉=( A↓B↑ – A↑B↓)

|ψ2〉=( A↓B↑ + A↑B↓)

理论计算表明叠加态无法分解成单粒子量子态的张量积形式。也就是说,两粒子的物理状态纠缠在一起,一个粒子的状态决定了另一个的状态。测量粒子A的瞬时,B没有被测量,但却同时坍缩到与A相反的状态,即使A、B相距很远。

其实波函数的概率论诠释,表明了粒子遍布全空间,导出了不确定性原理,波函数叠加态的存在,也为量子纠缠埋下了伏笔。

量子纠缠的引出——EPR佯谬

量子纠缠是没有经典类比的现象,从经典物理的逻辑难以理解。1935年, 爱因斯坦(Einstein),波多尔斯基(Podolsky)和罗森(Rosen)三人对量子力学提出置疑:在对系统没有干扰的情况下,如果我们能确定地预言一个物理量的值,那么这个物理量就必定是客观实在,对应着一个物理实在元素。一个完备的物理理论应当包含所有的物理实在元素。对于两个分开的并且没有相互作用的系统,对其中的一个测量必定不能修改关于另一个的描述,也就是说自然界不存在超距的相互作用,这就是“定域实在论”。他们通过分析由两个粒子组成的一维系统,指出虽然单粒子的坐标和动量算符不对易,但双粒子的坐标算符 x1-x2和动量算符p1+p2对易。因此可以存在一个双粒子叠加态,是算符 x1-x2和p1+p2的共同本征态。即:

(x1-x2)|ψ(AB)〉=a|ψ(AB)〉

(p1+p2)|ψ(AB)〉=0|ψ(AB)〉=0

对量子态|ψ(AB)〉而言,若测得粒子A的坐标为x,就可得到粒子B的坐标为x-a;同样,若测得粒子A的动量为p,则粒子B的动量必为-p。但是当a值足够大时,对粒子A的测量必然不会干扰粒子B。按照EPR的观点,这两个粒子系统就可以有4个独立的物理实在元素,而根据量子力学,x1和p1,x2和p2都不对易,这个系统只能有2个物理实在元素,所以爱因斯坦得出结论:量子力学是不完备的。这就是所谓的EPR佯谬。

因此,量子纠缠严格意义上是由理论计算得出的现象,并非预言而来。

量子纠缠的证明——贝尔不等式

贝尔不等式是一个有关是否存在完备局域隐变量理论的不等式:

|P(xz)-P(zy)|≤ 1+P(xy),其中P(xy)的意义是粒子A在x方向上和粒子B在y方向上测到自旋方向相同的概率,x,y,z不一定需要构成三维空间的正交系。

贝尔不等式可以用在纠缠于自旋的双粒子系统,量子叠加态是:|ψ(AB)〉=( A↓B↑ – A↑B↓) ,根据量子力学,如果在夹角为φ的两个不同方向对这个自旋单粒子对进行观测,理论预言的相关性平均值将会是-cosφ。可以利用这个结论,进行简单的代数运算,来检验量子力学的理论是否符合贝尔不等式。取位于同一个平面上依次成60°的角的三个方向。可得:

P(xz) = P(xy) = -cos(60°)= -1/2,

P(zy) = -cos(120°)= 1/2,

代入贝尔不等式左边,则为:|-1/2-1/2|=1,贝尔不等式右边为:1-1/2=1/2,左边>右边。

因此,贝尔不等式不成立。

量子纠缠的神秘引人以无限遐想,却被禁锢在微观世界?回望科学之路,一个时代的信仰也可能会在下个时代成为谬误。

其他网友回答

什么叫量子纠缠?个人观点认为,量子纠缠就是微观物质世界带有静止质量,而且带有正负电性现象的粒子在隔空状态下的超距电性互动影响作用,除了互动双方本身是物质性之外,它们之间的互动作用过程并非物质性,而是一种电性排斥超势和吸引超势变化的互动作用。这些互动作用在不变化的时候,也就是静态的时候,就是微观各种”力”的作用,即所谓的强弱核力、磁力作用和万有引力作用,如果是变化的电性隔空(超距)互动影响作用,就是所谓的量子纠缠作用,量子纠缠作用实质上就是电磁波的影响作用,电磁波的影响作用实质上就是负电子运行变化引起自身电性变化对同类的超距影响作用,量子纠缠作用和电磁波作用实际上也是相同性的电子之间电性影响作用,也就是所称的能量作用。那么?什么叫做电性作用?简单来讲,就是物质世界存在本身固有对立统一现象,即所谓同物同类接近是排斥的,同物异类接近是吸引的,这就同性相斥、异性相吸的本性定律。

其他网友回答

纠缠即是因果,同性相吸,异性相斥,万物生克,皆有因果,物类转换,各有其主,物始物终,其有尽乎,

其他网友回答

确切不了,没这个水平,谢谢。

其他网友回答

不说量子纠缠,就说我们通常所说的纠缠,或者你也可以认为我说的是宏观物体间的纠缠。只有你给孩子他妈扎针时,孩子也有所反应,例如孩子的病情会好转,我们才能说,孩子与他妈之间存在有纠缠。所以,我们通常所说的纠缠,是指当A产生某种变化时,B也会有相应的变化。要发现纠缠,首先是要发现A、B的变化,如果A、B静止不变,何谈它们之间的纠缠。

但是,两个“纠缠着的量子”,你不能设法让一个变化一下,再看看另一个有没有相应的变化,你连看它一眼(观测它)都不可以,更不要说让它加速了。你一旦看它一眼,它的状态就坍缩了,而且,两个量子之间的纠缠关系也就坍缩了,不再纠缠了,相互无关了。所以,量子纠缠,肯定不是你让一个量子变化一下,如加速一下,另一个也会有某种相应的变化。

假设一个量子因外来的原因出现了变化,另一个量子,没有外来的原因,仅因纠缠而出现相应的变化,请问,它变化的能量从那里来?如果第二个量子是孩子,给他妈扎针他的病情会好转,病情好转的能量来自于他自己,但第二个量子不是人,是个微观粒子,它的状态改变,能量何来?通过纠缠来自于第一个量子?那两个量子之间就会有超光速的能量传递,这可能吗?有些为量子纠缠辨护的人,甚至都不承认两个量子之间有信息传递。

那么,所谓的量子纠缠,究竟是什么呢?

一种说法是,如果两个量子的状态由表达式丨A^B?〉+丨A?B^〉来描述,则A、B两个量子之间就是纠缠的。当然,这肯定是指观测前的两个量子的状态,因为一旦观测,这个表达式所描述的状态就会坍缩,不再由这个表达式来描述了。这种量子纠缠,讨论的对象显然是两个量子的一个特定的状态,而不是前面所说的当一个状态变化时,另一个的状态也相应的变化,即,这里所说的纠缠,不是状态的变化,而是状态本身。尽管已不是通常意义上的纠缠,但我们就把它人为的定义为纠缠,也不是不可以的。但是,请等等,你说这两个量子处于由上面的那个表达式所描述的状态,但我却故意与你较劲,偏偏要说那两个量子并不是处于那个表达式所描述的状态,而是处于表达式丨A>B^〉-丨B<A?〉的状态,或者处于丨A坏B好〉士丨B死A活〉的状态,或处于丨A死B活〉+丨B纠缠A不纠缠〉的状态,你能说我说的不对吗?你凭什么说我的这几个表达式不对?你能测量验证一下那两个量子肯定是处于你那个表达式所描述的状态,而不是我的这几个表达式所描述的状态吗?既然无法测量验证,一旦测量,量子的状态就会坍缩,你凭什么说这两个量子的状态不是我说的那几个状态?

关于量子纠缠究竟是什么,另一种说法(贝尔的说法)是这样的。贝尔认为,测量两个量子坍缩后形成的状态,如果这两个状态的相似度大于一个值,则这两个量子之间就存在着纠缠。这就像你在一个地方发现了一个傻瓜,同时又在另一个指定的地方也发现了一个傻瓜,你就认为,这两个傻瓜之间存在有纠缠。与前面的“量子针灸”比较一下,就知道这居然也能被叫作纠缠!如果一个傻瓜哭了,另一个傻瓜也在哭,才能叫作两个傻瓜之间存在着纠缠。当然,你在另一个指定的位置也能恰好同时发现一个傻瓜,这事情似乎有点奇特,说不定尽在它们同时坍缩时,背后有某种合作机制,但也许这个星球上的所有人都是傻瓜。如果要证明你的发现确实奇特,那还需要看一看这个星球上的其他人,那些不存在你所说的“相互纠缠”的人是不是也是傻瓜,仅仅只是因为你同时看到了两个傻瓜,还不足以说明这个事情有点奇特。

贝尔的试验是以光子的自旋为对象的,但我认为,如果把光理解为电磁波,把光子的自旋理解为电磁波的偏振,即使这两列电磁波没有任何关联,甚至是不同光源发出的光,不同频率的光,不同时间发出的光,或在不同时间进行测量,这两列电磁波偏振的关联程度,都会违背贝尔不等式。所谓的量子纠缠实验,并不是验证出了光子之间存在着什么神秘的纠缠,这两列电磁波之间其实就没有任何纠缠,而只是证明了,光,在有些情况下,会表现为电磁波。强烈建议有试验条件的人,验证一下我的这个观点。

爱因斯坦和玻尔所争论的那个量子纠缠,其实是这样的。不论两个粒子的状态在测量前由前面所说的那一种表达式来描述,也不论测量出的状态是什么样的,只要你对两个粒子中的一个进行测量,使其状态因外来的测量而坍缩,另一个粒子的状态,即使没有测量,它的状态也会因相互纠缠而坍缩。可见,爱因斯坦和玻尔所讨论的那个量子纠缠,与通常所说的纠缠含义完全相同,即当A的状态坍缩时,变化时,B的状态也相应的坍缩,即相应的变化。纠缠,是指两个坍缩事件之间的一种相互关系,是A和B同步的变化,A和B的状态同时坍缩。至于坍缩前两个粒子的状态该怎样描述,坍塌后两个粒子的状态又是什么样的,都无关紧要。顺便说明一下,按照量子力学,坍缩前后量子的能量不会改变,或者说坍缩不需要外来的能量,只需要测量或纠缠。至于没有能量的输入或输出,测量和纠缠通过什么机制使量子的状态坍缩,不得而知,也许是意识的参与吧。

但是,爱因斯坦和玻尔所说的这种纠缠,能测量验证吗?我们怎样才能知道B的状态究竟有没有因为纠缠而坍缩?如果我们不去观测它的状态,我们就无法知道它的状态究竟有没有因纠缠而坍缩,但如果我们进行了观测,我们又怎么区分我们所看到的状态坍缩,究竟是因纠缠而引起,还是因为我们的观测而引起?

爱因斯坦和玻尔所说的那种量子纠缠,也无法实测验证。无法实测验证的根本原因,就是量子的状态不能观测,一旦观测就会坍缩。

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