“量子纠缠”理论,或许将为人类开启“星际旅行”的自由之门

我们常在科幻电影中看到“超时空传输”的情节,某个人忽然从地球上神秘地消失,同时又在另一个星球上神秘地出现。

量子力学研究的就是这个东西,这就是现代科技正在迅猛发展的“量子纠缠”理论。

我国在“量子隐形传态”的研究方面,处于世界领先地位。

那么,到底什么是“量子纠缠”呢?

用通俗的话来描述是这样的:

在“微观世界”里,“一个粒子”会与“另一个粒子”产生相互作用,此时无法单独描述“单个粒子”的性质,只能描述这“两个粒子”的整体性质,这就叫做“量子纠缠”。

这种现象在我们现实生活中是不可能发生的,但是在微观的“量子世界”里,却是一种常态。

这种诡异的现象,既无法用牛顿的“经典力学”来解释,也无法用爱因斯坦的“狭义相对论”来解释。

“量子理论”直接威胁到了爱因斯坦“狭义相对论”的权威地位,遭到了他的坚决反对,至死都没有承认“量子力学”。

曾经帮助建立“量子力学”的爱因斯坦站到了“量子力学”的对立面,无疑是物理界的巨大损失。波恩曾哀叹道:“我们失去了我们的领袖”。

1935年,“爱因斯坦”与“罗森”、“波多尔斯基”联名发表了讨伐“量子力学”的论文《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的?》

这篇论文就是著名的“EPR悖论”(EPR是三位科学家姓名的首写字母),试图证明量子力学的“不完备性”,然后用爱因斯坦的“定域性隐变量理论”来替代“量子力学理论”。

爱因斯坦坚信“两个在空间上远离的物体”的真实状态是“彼此独立”的,明确反对两个粒子间的“量子纠缠”关联,将之讥讽为“鬼魅般的超距作用”,并称“上帝是不掷骰子的”。

引发了“爱因斯坦”与“玻尔”之间关于量子物理的一系列著名的论战。

然而,经过无数的实验证明,爱因斯坦反对“量子力学”的理论都是错误的,爱因斯坦的这篇讨伐论文此后被称为“EPR佯谬”。

当时的物理学家薛定谔看了“EPR论文”之后,写了一封信给爱因斯坦,在这封信里,为了描述两个“暂时耦合”的粒子“不再耦合”之后,彼此之间“仍旧维持关联”的特性,薛定谔第一次使用了“纠缠”这个词,不久之后,薛定谔在他的论文里正式定义了“量子纠缠”这个术语,并且对这一重要的概念进行了深入地研究。

1964年,贝尔提出了著名的“贝尔不等式”,引发许多物理学者们做了很多检试“贝尔不等式”的实验,不断地得到了精确地验证,进一步否认了爱因斯坦的“定域性原理”

1982年,“阿斯佩”进一步证实”了“定域性隐变量理论”不成立。

随着实验的进展,促进了“量子密码学”的成功发展,比如“贝内特”与“布拉萨”发明了“BB84协议”,艾克特发明了“E91协议”。

2017年6月16日,我国发射的“量子科学”实验卫星“墨子号”成功完成了一项意义重大的实验,两个“量子纠缠光子”被分发到相距超过1200公里的距离后,仍可继续保持其“量子纠缠”的状态。

2018年4月25日,芬兰阿尔托大学教授“习岚帕”的实验团队,成功地用“量子纠缠”实现了两个独立鼓膜的震动。

物理学者“佩雷斯”提出了“量子纠缠”的“不可分性”的“数学定义式”。认为两颗“方向相反”但“速率相同”的电子,一颗电子跑到太阳边,另一颗电子跑到冥王星边,在如此遥远的距离下,它们仍保有关联性。

当其中一颗电子“被操作”而状态发生变化时,另一颗电子的状态也会发生相应地改变。

“量子纠缠”是一种“物理资源”,如“时间”、“能量”、“动量”一样,可以提取与转换。

“量子纠缠”可以应用于“量子信息学”,轻而易举地解决之前无法解决的很多难题。

比如:用“量子密钥”同时分发两颗粒子,就能够保证通信安全。因为当有人试图测量其中任意一个粒子时,就会摧毁这对粒子的“量子纠缠”,任何窃听动作都会被“通信双方”侦测察觉,“密集编码”就是利用“量子纠缠”机制来传送信息的。

在量子计算机体系结构里,“量子纠缠”扮演了极为重要的角色。

随着量子力学的发展,也许在不久的将来,人类“星际旅行”的梦想,就会成为现实。

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