作者简介:袁岚峰,中国科学技术大学副研究员,科技与战略风云学会会长 量子纠缠是个令很多人困惑的问题,在这里介绍三点: 一、量子纠缠的现象比光速快; 二、但这不违反相对论,因为它不传递信息; 三、所谓“量子纠缠的速度比光速高4个量级”,是记者没有理解科学家这个表述的完整上下文,导致的错误理解。 首先来简短地介绍一下量子纠缠。这是一种量子力学理论所预言的现象,请注意是个预言,然后实际观测到了,所以量子纠缠的机理是很清楚的,就是量子力学。绝不是像许多人以为的那样,量子纠缠是个非常神秘的现象,没有人知道它的机理云云。 量子纠缠这种现象,说的是一个多粒子体系有可能处于“纠缠态”,在数学上就是这个多粒子态不能写成多个单粒子态的乘积,也就是说,它不是个“直积态”。 处于纠缠态就会怎么样呢?这时各个粒子就成了一个整体,你不可能只测量一个粒子的状态而不影响其他粒子的状态。当你测量一个粒子的状态时,就导致其他粒子发生了同步的变化。 比如说,在一个常用的两粒子纠缠态中,如果你对1号粒子测得0,那么2号粒子必然同时也变成了0,而如果你对1号粒子测得1,那么2号粒子必然同时也变成了1,两者总是保持同样的数值。在另一个常用的纠缠态中,两个粒子总是反向变化的,一个变成0,另一个就必然变成1。这些都是常见的例子。 量子纠缠漫画 根据量子力学的标准理论,这种多个粒子状态的同步变化,是不需要时间的,是真正的瞬间变化。因此,人们很自然会问,这是不是违反了相对论? 回答是:没有!相对论说的是,传输信息的速度不能超过光速。但如果一个过程不传输信息,那么它完全可以超过光速。实际上这样的过程早就有很多例子,都不需要量子纠缠。 仔细想一想,你就会明白量子纠缠没有传输信息。如果A希望把一比特的信息“0”或“1”传给远处的B,那么双方需要事先约定好如何表示这个信息,比如说A想传“0”时就让B测得粒子2处于0,A想传“1”时就让B测得粒子2处于1。假如A能控制测量的结果,那么这确实可以用来传输信息。 但是,量子力学的精髓恰恰在于测量的结果是随机的,你不能控制,所以A测量粒子1得到的是一个随机数,B测量粒子2得到的也是一个随机数,只不过这两个随机数必然相等而已。你想传一个比特,可是这两个粒子完全不听你指挥,所以你传不了任何信息。既然没传输信息,当然就不违反狭义相对论了! 最后,2015年的相关实验,是在假设量子纠缠有一个有限的速度的前提下,去测量这个速度。做实验的人当然都知道按照标准理论,这个速度应该是无限大。如果测量结果发现这个速度有个上限,那就真成大新闻了,推翻了标准理论。但实际上没有,他们只是测出这个速度的下限,比光速高4个量级,也就是说至少是光速的一万倍。这和标准理论是相容的。记者不知道这整个背景,所以报了个没头没尾的东西。
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