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第25章 量子纠缠（第1页）

一、量子纠缠的神秘面纱

量子纠缠是量子力学中极为神秘的现象之一。

当两个或多个量子系统处于纠缠状态时，它们之间会建立起一种特殊的关联，这种关联超越了我们在经典物理学中所理解的范畴。

在量子纠缠中，一个粒子的状态发生改变，无论它们相距多么遥远，另一个粒子的状态会立即发生相应的变化。

这种瞬间的影响似乎无视了时间和空间的限制，给人一种“幽灵般的超距作用”

之感。

例如，当两个相互纠缠的粒子被分开后，对其中一个粒子进行测量，若测得其处于某种特定状态，那么另一个粒子也会瞬间确定为与之相对应的状态。

这种现象让人难以理解，因为在经典物理学中，信息的传递是不可能超过光速的。

量子纠缠的这种特性引发了许多科学家的深入思考和研究。

阿尔伯特?爱因斯坦、B.E.波多尔斯基和N.罗森在1935年发表的论文中，对量子力学的完备性提出了质疑，他们认为量子纠缠这种现象似乎违背了经典的物理实在论。

埃尔温?薛定谔在研究这一佯谬时提出了EPR操控的概念，进一步加深了人们对量子纠缠的认识。

目前，量子纠缠现象已经在微观粒子如光子、电子，以及介观粒子如分子、巴克明斯特富勒烯甚至小钻石等中被观察到。

根据目前实验显示，量子纠缠的作用速度至少比光速快10，000倍，这还只是速度下限。

虽然量子纠缠的效应不能被用来以超光速传输经典信息，并不违反因果律，但它仍然挑战着我们对物理世界的传统认知。

二、量子纠缠的研究历史

（一）EPR佯谬的提出

1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森发表了题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗》的论文，提出了EPR佯谬。

他们设计了一个思想实验，考虑两个曾经相互作用过的粒子，无论相距多远，始终遥相“呼应”

。

比如两个自旋方向相反的电子，即使它们分别位于银河系两侧，只要一个自旋方向发生改变，另一个也同时随之改变。

他们认为对一个粒子的测量不会对第二个粒子造成干扰，并给出一个判据：如果人们毫不干扰一个体系而能确定地预言它的一个物理量的值，则对应于这个物理量就存在物理实在性的一个元素。

根据这个判据，他们指出量子力学认为粒子的坐标和动量不能同时具有确定值，因此它的描述是不完备的。

（二）薛定谔的贡献

薛定谔在研究EPR佯谬时提出了EPR操控的概念，并且创造了“QuantumEntanglement”

（量子纠缠）这一术语。

薛定谔进一步表明量子纠缠是量子理论的特征性质。

他通过“薛定谔的猫”

这一着名的思想实验，生动地展示了量子力学中叠加态和量子纠缠的奇特性质。

在这个实验中，一只猫被关在一个装有少量镭和氰化物的密闭容器里。

镭的衰变是随机的，如果衰变发生，氰化物将被释放并杀死猫；如果未衰变，则猫将存活。

由于我们无法确定镭是否衰变，因此在观测之前，猫的状态是既死又活的叠加态，而与猫的状态相关的微观粒子之间也处于量子纠缠状态。

薛定谔的这些贡献进一步加深了人们对量子纠缠的认识和理解。

三、量子纠缠的原理探讨

（一）基于量子态叠加与量子态塌缩的原理

量子纠缠基于量子力学中的量子态叠加与量子态塌缩原理。

在量子力学中，一个粒子的状态可以同时处于多种状态之间，这就是量子态叠加。