“萬事不決量子力學(xué)”，這句話你肯定聽過。有時(shí)，網(wǎng)友們會(huì)用這句話調(diào)侃那些難以自圓其說的科幻電影，有時(shí)，筆者會(huì)用這句話當(dāng)成無法理解量子世界的借口。

(相關(guān)資料圖)

量子力學(xué)神奇又神秘，充滿了現(xiàn)代科學(xué)難以解釋的奇妙現(xiàn)象，今天就讓我們來欣賞一場量子力學(xué)里的華麗表演—— 量子糾纏 。

充滿科幻色彩的量子糾纏

想象在宇宙中存在兩個(gè)基礎(chǔ)粒子，你 無法單獨(dú)描述其中一個(gè)粒子的性質(zhì) ，如果研究一個(gè)就必須研究另一個(gè)。

無論這兩個(gè)粒子相隔多遠(yuǎn)，就算二者中間的距離需要用光年作單位，它們 所擁有的特性都已經(jīng)綜合成為了整體的性質(zhì) ， 只要其中一個(gè)被改變，那么另一個(gè)也將被改變 。觀測者看到其中一個(gè)粒子是什么狀態(tài)，那么另一個(gè)粒子的狀態(tài)就也被觀測到了。

這簡直就是將我們的三觀完全推翻了，就連陽光從太陽上傳到地球，也需要花8分鐘左右， 兩個(gè)粒子竟然能在一瞬間就完成傳遞，并且還完成了改變的復(fù)刻 。

物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)， 量子糾纏是一種只會(huì)發(fā)生在量子系統(tǒng)中的現(xiàn)象，在經(jīng)典力學(xué)里，根本找不到類似的現(xiàn)象 。量子糾纏就像高于人類這個(gè)維度的科幻作品，物理學(xué)家 根本無法完全解釋 它是如何發(fā)生的。

物理學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)量子糾纏的？

1935年，愛因斯坦和羅森博士、波多爾斯基研究員合作完成了一篇名為《物理實(shí)在的量子力學(xué)描述能否被認(rèn)為是完備的？》的論文。

但是，這篇論文引起了另一位物理學(xué)家的注意，他就是著名的 薛定諤 。

薛定諤在讀完這篇論文后深受啟發(fā)，馬上就把自己的想法寫成一封信，寄給了愛因斯坦。在信中，薛定諤第一次使用了 “糾纏（Verschr?nkung）” 這個(gè)詞來形容 兩個(gè)暫時(shí)耦合的粒子，不再耦合之后彼此仍然維持著關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象 。

被啟發(fā)的薛定諤忙不迭地展開了研究，隨后便發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)定義了“量子糾纏”這個(gè)重要的概念。薛定諤闡述道， 量子糾纏是量子力學(xué)的性質(zhì)，它的存在將完全切割量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué) 。

雖然薛定諤定義了量子糾纏的重要性，但是它 似乎違反了相對(duì)論中對(duì)于信息傳遞所設(shè)定的速度上限——光速 ，愛因斯坦更是將量子糾纏稱為 “鬼魅般的超距作用” 。

兩個(gè)粒子之間是如何在一瞬間完成傳遞的呢？越來越多的物理學(xué)家開始著手研究這個(gè)問題，在大量的實(shí)驗(yàn)中， 大部分實(shí)驗(yàn)都存在漏洞 ，有時(shí)實(shí)驗(yàn)只能做出一個(gè)正確的結(jié)果，而無法驗(yàn)證另一個(gè)預(yù)測。

這就有些像早期科學(xué)家們對(duì)光的認(rèn)識(shí)，單純用 粒子和波 都無法完美解釋光的特性，但是現(xiàn)在我們知道， 光同時(shí)具備這兩者的特性 。

不過，大量的研究使得 應(yīng)用這些超強(qiáng)關(guān)聯(lián)來傳遞信息存在可能 ，從而促成了 量子密碼學(xué) 的發(fā)展。

研究現(xiàn)狀

2017年6月16日， 量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號(hào) 做了一個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)，研究人員將兩個(gè)量子糾纏的光子分隔 1200公里 的距離再進(jìn)行觀測，研究人員發(fā)現(xiàn)， 即使相隔萬里，但二者仍然保持量子糾纏的狀態(tài) 。

研究人員發(fā)現(xiàn)， 兩個(gè)粒子間傳遞的不是信息，而是發(fā)送 量子密鑰 。有人是這樣描述的：假設(shè)密鑰是128位，那么就會(huì)生成128對(duì)量子，其中一半發(fā)送給接收方，這就是 量子通信 。

這表明， 相對(duì)論對(duì)于信息傳遞的速度認(rèn)知仍然是正確的 ，而粒子能出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，是因?yàn)?

如果能實(shí)現(xiàn)量子通信，那么人類的科技傳播將得到質(zhì)的飛躍，價(jià)值極大。好消息是，今年8月22日，加拿大渥太華大學(xué)與意大利羅馬第一大學(xué)的科學(xué)家展示了一種新技術(shù)， 可實(shí)時(shí)可視化兩個(gè)糾纏光子的波函數(shù) 。

這一成果有望加速量子技術(shù)的進(jìn)步，改進(jìn)量子態(tài)表征、量子通信并開發(fā)新的量子成像技術(shù)，未來，人類將逐漸掌握量子力學(xué)的秘密，并加以利用。