量子糾纏的超距作用,是否可以實現宇宙中實時通訊,就如同三體中智子一樣?

一支菸495


按照現有量子理論中關於“糾纏態”的解釋,暫時還找不到實現超距即時通訊的手段,更不用說三體中的“智子”了。

這要從量子力學發展中的一個著名的爭論說起,1935年,在普林斯頓高等研究院,以愛因斯坦為首的科學家們對以波爾為首的哥本哈根量子學派發起了突襲,理由是“物理實在的量子力學描述能否被認為是完備的?”,簡單點就是波爾你們解釋的量子力學不完美。

其中提到了一個思想實驗,那就是“EPR佯謬”:兩個粒子的自旋如果處於“糾纏態”且系統的總自旋為0,把這兩個粒子分開很遠的距離後,按照量子力學的解釋,這兩個粒子的自旋都處於1/2和-1/2的“疊加態”。

如果測量其中的一個粒子A的自旋,結果顯示為1/2,按照量子力學的描述,另一個粒子B必定是-1/2。

那麼問題來了,B是如何知道自己需要變成-1/2的,在A接受測量的同時,B無視距離的限制,瞬間知道了自己要變成-1/2。要知道,在這之前,B根本就不知道自己是如何自旋的,因為按照量子力學的描述,B是處於1/2和-1/2的“疊加態”。如果B知道了,那麼就違背了我的相對論,因為任何物理影響都不可能超光速傳播,包括信息!

所以波爾你們的“疊加態”說法不正確,兩個粒子在分開的時候,就已經確定了自旋的狀態,只是我們沒有測量,所以不知道,根本就不存在概率的說法!

愛因斯坦的這個說法好有道理,(廣大吃瓜群眾也覺得愛大神很有道理,波爾你就等著挨收拾吧,居然連這麼淺顯的道理都不懂,居然還給我提什麼“糾纏態”,啊呸!)簡直就是致命一擊,波爾得知後,苦苦思索了一夜,最終發起了反擊。

愛因斯坦你不要把你的經典物理學觀念套到量子力學中來,這根本就行不通,測量之前哪有什麼自旋啊,他們就是一個整體,就算分開了也是一個整體!是測量產生了自旋。

這個解釋顯然不能說服愛因斯坦,然後兩人誰也說服不了對方,最後不歡而散。

後來在一系列的試驗中,證明波爾是對的!在量子世界中,確實是存在這種匪夷所思的“疊加態”,例如比較出名的“單電子雙縫干涉實驗”。

既然粒子間可以有這種“超距作用”,那麼我們是不是可以用來實現超距通信呢?答案是:你想多了!超距通訊是不存在的!糾纏中的粒子只會和自己的朋友玩,不會搭理你!

還是用上面的兩個粒子來舉例,它們之間存在“超距聯繫”,但是這個聯繫只在兩個粒子間存在,與你無關。

假設你想通過A把信息傳遞給B,你先測量了A,知道A的自旋是1/2,然後通過一些技術手段把它變成了-1/2,那麼這時候的B呢?沒錯,B的自旋還是-1/2,不管你如何倒騰A,B都不會變,信息根本就沒有傳遞過來,因為在你測量A的瞬間,B就坍縮到了固定狀態,“疊加態”消失了,兩者之間的糾纏也就消失了。

“量子糾纏”就好比一個黑箱子,沒有打開之前,誰都不知道里面裝了啥?(這時候信息根本就無法傳遞)

等到打開後一看,哦,原來是這個東西啊!但是這並沒有用,因為你打開了箱子,不管再關上幾次箱子,箱子裡的東西都不會再產生變化。(因為糾纏是一次性的,信息同樣無法傳遞。)

現代的量子通訊,其實只是利用量子糾纏中的這種只能坍縮一次的特性來進行加密。

利用非線性晶體的自發參量下轉換過程生成處於偏振糾纏態的兩個光子,然後再用光纖傳送到不同的地方進行探測,通過光子攜帶的信息來加密。

這一過程中,不管是信息本身的發送還是加密鑰匙的發送都還是普通通訊手段,沒有超光速。


宇瑤雜談


首先在現行的物理框架內不可能!注意這個前提條件“在現行的物理框架之內”,量子糾纏並不能傳遞信息。現在世界上所謂的量子通訊,其實只是用量子的某些特性對信息進行加密。其次從科學本身的定義來看,能被“證偽”的學問才被稱為科學,科學最大的特點就是具有證偽性,所以從科學本身的定義來看,通過量子糾纏來傳遞信息在未來未必就不可能。在人類的科學史上,就是通過一次次對前人理論的證偽,推動了人類文明的進步!

第一個問題:什麼是量子超距?

關於量子超距感知通俗的比喻就是雙胞胎之間的心電感應,但很遺憾這個比喻非常的不恰當,只是某些科學家為了向公眾進行通俗解釋的一種方法。事實上如果一個人沒有足夠的科學知識,沒有足夠的數學能力很難真正直觀、準確的瞭解量子,只能通過宏觀世界的例子儘可能接近的進行比喻,小編以下的回答也是如此。

什麼是量子超距:量子是能量的最小單位。所有的物質都是由原子組成,原子又由原子核和電子組成。原子核又可以細分為質子和中子,而質子和中子又可以細分兩個上夸克和一個下夸克;兩個下夸克和一個上夸克,所以電子屬於量子而質子和中子則不是量子。

以電子為例,電子有一個共性就是“自旋”。為了方便理解你當然可以想象成類似宏觀世界一個球體的旋轉,但實際上電子的自旋和宏觀世界旋轉完全不同。

在量子世界,特殊的情況下兩個量子可以建立一種無形的聯結,互相進行感應,而且這種感應速度是超光速的。只要知道一個糾纏一方的一顆量子的自旋方向,那麼另一個必然相反。譬如說現在我們有A和B兩顆呈糾纏態的量子,如果我們知道A量子的自旋方向為上旋,量子B的自旋方向就必然是下旋。

第二個問題:為什麼量子超距不能傳遞信息?

量子糾纏的特性很容易讓人產生一個錯覺,即可以通過操控其中一顆量子的自旋方向,來達到控制另一顆量子自旋的目的,從而傳遞信息。這種想法非常合理,其實科學家們原本也是這麼想的,但卻無法實施,這是因為:

一、量子具有不確定性原理:即不能人為的對量子的運動進行控制,甚至無法進行測量。

二、量子糾纏是一次性的聯結:也就是說如果認為的對呈糾纏態的一顆量子就行測量,那麼兩顆量子之間糾纏的狀態就會被打斷。

量子糾纏的這兩種特性實際形成了一種邏輯上的悖論,在現行的物理框架內不能用作信息傳遞的工具,只能用來對信息進行加密。現行所謂的量子通訊其實從嚴格意義上來說只是“用量子特性進行加密的通訊”!

第三個問題:量子糾纏的超距作用,是否可以實現宇宙中實時通訊,就如同三體中智子一樣?

相信看了以上的回答,這個問題已經基本有了答案。在現行的物理框架內,量子糾纏並不能傳遞信息,何況智子(質子)本身不是量子,它還可以被細分為兩個上夸克和一個下夸克,因此它也不具有糾纏的特性。

但從長遠來說,科學具有證偽性,人類截止到今天只是剛剛打開了量子世界的一扇窗戶,在這個神奇的微觀世界還有太多的秘密等待人類去探索。或許有一天,等人類真正揭開了量子世界所有神秘的面紗,也許會想到用它進行通信的辦法。

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由於科學家首次識別出從1500公里高度衛星上反彈回地球的單批光子,實現了太空絕密傳輸量孑信息的重大突破。這一突破錶明在太空和地球之間可以抅建安全的量孑通道來傳輸信息,用於全球通信。但全宇宙通信目前僅是夢想。


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