量子纠缠通俗说法

量子纠缠通俗地讲,有两个粒子,比如两个氢原子或两个光子,当我们利用某种手段让他们处于一种特殊的量子态时,我们把两个粒子分隔开来,无论多远,只要观测了其中的一个量子,使之塌缩到一个确定的状态,则另外一个量子就同时塌缩到同一个状态。

关于量子纠缠,我举几个通俗的例子,大家就好理解了。

第一个例子,有一张四条腿的超大桌子摆在地上,我们假设这桌子的四条腿相距个几十上百米,桌子底下一堆蚂蚁在爬,桌子对于蚂蚁来说,就像我们观测星球一样,是遥远的巨大的无边的,蚂蚁中三位很牛逼的观测家,他们观测到,只要这张桌子其中一条腿动了,其他三条腿都跟着动!这对蚂蚁来说,是很神奇的现象,毕竟相隔这么遥远的桌腿,竟然会发生联动!简直不思议!这就是通俗的量子纠缠解释。

蚂蚁观测桌子,这就好比我们观测星球一样,人类在浩瀚星球面前,渺小如蚂蚁,都说量子纠缠理论的出现和被证实,爱因舒坦所统治了几百年的理论要坍塌了,那我有个大胆的猜测,哪天蚂蚁所看到的那张大桌子其中一条腿断了,当一众蚂蚁蚍蜉撼大树搬去挪动那条断了腿的桌脚,发现其他三个完好的桌脚竟然不跟着动了,那蚂蚁是不是又得出原先被证实的量子纠缠理论要坍塌了呢

再打个不恰当的比方,一个妈妈生了一个双胞胎,这个我们是知道的,但我们并不知道双胞胎的性别。此时我们把双胞胎分别放在两个不同的地方,只需要观察其中一个孩子的性别,就自然能确定另外一个孩子的性别了。

当然,量子纠缠态的问题在于处于量子态的粒子的状态是不确定的,只有观测后才能确定落到某一个确定的状态,而落入这个状态的概率是一定的。换句话说,1个粒子A处于一个量子态时,他是男孩的概率为0.5.是女孩的概率也是0.5. 每次观察时,可能是一个男孩,也可能是一个女孩。但只要你一看,就定了。而另外一个粒子B也处于量子态时,同样也会出现可能是男孩,或女孩的情况。

因此,对于没有纠缠的两个粒子A和B,我们分别进行观察后,得到的可能结果是:男男,男女,女男,女女,四种可能,各自出现的概率为0.25.

如果粒子A和B处于纠缠状态时,则无论我们怎么观察,最后可能的组合只有两种,男男,女女,无论A和B相隔多远。如果你观察的A为男,则B一定也是男,如果A是女,则B也一定是女。

这是量子纠缠的基本性质。我们还不太清楚为何会有量子纠缠的这种状态,虽然从量子态的数学模型上可以得出量子纠缠态的必然性。但是我们无法从物理意义上加以进一步解释。

其中一种看法是,即便没有观察,其实在量子制备生成的一开始,状态就已经确定了,只是我们没有去看而已,那么为什么每次观察会有不同的状态可能出现呢?那是因为我们在制备一个量子时无法保证他落入一个确定的状态,但总归它会落入一个确定的状态,而只有观察时才能最终确定这个状态是什么?

那么,在制备纠缠的两个量子时,两个粒子就处于了同一个可能状态,男男,或女女,然后无论你怎么观察,两个量子都将处于同一个状态。

这样一来,超距作用就可以理解了。但这里面有一个问题,就是惠勒的延迟选择问题,也就是说,如果说粒子的量子态一开始就确定下来了,为什么中间发生观测后,粒子的状态会回退到最初的状态,也就是说,量子态并没有在一开始被确定下来,即便确定下来后还可以回去修改。但这是不可能的。

这里的问题在于,整个实验的装置都处于了一个联合的量子态,不同的实验组合(中间加入半透镜)对应不同的系统量子态。这样你设定的实验方案也融入到了量子态中,成为了一种初识状态。

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