谈谈量子纠缠：鬼魅的超距作用

1935年爱因斯坦与波多尔斯基和罗森共同发表论文《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》，文章中讨论了一个人感兴趣的现象——量子纠缠。

该现象具体描述的是：两个粒子在建立量子关联之后，无论相隔多远，对其中一个粒子的观测会影响另一个粒子的状态。

而只要这两个粒子相隔足够远，这种影响传播的速度必然超过光速，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。

谈谈量子纠缠：鬼魅的超距作用

从感性的角度来说，这种现象也并不是无法理解的。

比如冬天出门的时候把一只手套忘在家里，但是在查看书包前，我们并不知道忘记的是左手还是右手的手套。

然而一旦在书包中看到了右手手套，我们马上就能知道落在家里手套是左手的。

谈谈量子纠缠：鬼魅的超距作用

不过这个比喻非常勉强且不准确。

微观粒子并不出于一个确定的状态中，它们遵守海森堡不确定性原理。

就像一只手套，宏观状态下我们可以确定它是“左手的”还是“右手的”，但是对于一只量子手套，它就处于“左手”+“右手”的叠加态。

对于微观粒子的“左手性”和“右手性”，最经典的就是描述“位置”与“速度”的两个物理量，微观粒子处于速度与位置的波函数叠加态当中，如果位置的测量越精确，那么速度将变得越模糊。

量子纠缠说的是，如果测量一对相距遥远的粒子各自的位置或者速度，其中一方的位置完全确定了，另一方仿佛立即 “知道” 它必须有一个定义明确的位置和一个不确定的速度。

谈谈量子纠缠：鬼魅的超距作用

著名的思想实验“薛定谔的猫”，就是将微观粒子的两种状态和“猫的死活”这两种状态联系在一起。

微观粒子处于两种状态的叠加态当中，那么量子水平中波函数的叠加，就会变成“猫的死活”这两种状态的叠加态。

所以说，薛定谔的猫且死且活、薛定谔的猫半死不活、薛定谔的猫既死又活……

而薛定谔本人则用“纠缠”来形容这种诡异的宏观现象。

谈谈量子纠缠：鬼魅的超距作用

然而量子纠缠只存在于微观领域，要通过实验来证实极其困难。

因为即便是最微小的环境干扰，也会打断微观粒子之间的联系，导致退相干。

所以直到1997年，人类才完成世界上首个量子纠缠物质穿态实验：将一个光子的状态，通过量子纠缠光子对，传输到室内的另一个光子上。

谈谈量子纠缠：鬼魅的超距作用

2018年中旬，一个国际科研团队在大规模量级的实验中实现了量子纠缠现象。

该实验使用硅质芯片上的两个 15 微米的鼓膜，以极高的超声频率振动，并产生了爱因斯坦预测过的奇异量子状态。

15 微米大约与人类头发的宽度相当，从微观尺度考虑却极其庞大，包含了数十亿计的原子。

这个新发现意味着有可能在宏观尺度上人为“制造”量子纠缠。

而这种可能性对人类来说非常重要。