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量子纠缠有多神奇?量子瞬间传输技术又是什么?

发布时间:2022-11-26 10:19 所属栏目:[外闻] 来源:互联网
导读:近几年,随着量子纠缠效应的不断验证和发展,一个很科幻的名词,量子瞬间传输技术,逐渐被公众熟知,而且,我国在该领域的研究一直是世界领先。 瞬间传输?这不是在科幻电影中才会出现的场景吗?现实世界中真的能实现? 想要知道答案,我们就要从神奇的量子
  近几年,随着量子纠缠效应的不断验证和发展,一个很科幻的名词,量子瞬间传输技术,逐渐被公众熟知,而且,我国在该领域的研究一直是世界领先。
 
  瞬间传输?这不是在科幻电影中才会出现的场景吗?现实世界中真的能实现?
  
  想要知道答案,我们就要从神奇的量子纠缠讲起了。
 
  01
 
  1935年,在“爱玻大战”中接连失利的爱因斯坦为了证明量子力学的荒谬性,终于抛出一个大招,就是著名的EPR佯谬。
  
  EPR佯谬是爱因斯坦联合波多尔斯基和罗森一起发表的一篇论文,论文中描述了这样一个思想实验,假设我们有一对总自旋为零的电子对,然后把它们同时向相反方向发射出去。
 
  根据角动量守恒定律,只要两个电子在运动过程中没有撞到其他物体,就一定是其中一个电子的自旋为正,另一个为负。
 
  在我们没测量前,根据量子叠加效应,它们的自旋都是处于正负叠加态,但当我们测量其中的一个电子时,该电子会瞬间坍缩成确定态,例如自旋为正,那么另外一个电子也会同时坍缩成自旋为负。
 
  如果两个电子分开的距离非常远,那么我们对其中一个电子进行测量,那另外一个电子同样会瞬间坍缩,这不就是瞬间超距作用吗?
 
  根据狭义相对论,任何物体的运动速度,包括信息的传输速度都不能超过光速,这不是违背了光速不可超越吗?
 
  EPR佯谬可以说是爱因斯坦对玻尔最致命的反击,玻尔足足思考了三个月,才给出一个非常勉强的回答。
 
  首先,玻尔认可爱因斯坦思想实验的结果,但并不同意其超光速的结论。
 
  玻尔认为,电子A和B因为总自旋为零,所以可以把它们看作一个整体,既然是整体,那么测量其中的一部分A,另一部分B相应的也就会响应,并不存在超光速!
 
  玻尔的答案肯定是无法令爱因斯坦满意,但限于当时的实验条件,两人只能各说各的,却无法通过实验验证。
 
  之后薛定谔听说了这件事,为这种现象起了个很形象的名字,就是量子纠缠。
 
 
 
  02
 
  在爱因斯坦和玻尔相继去世后,随着实验条件的成熟,科学家们开始做起了量子纠缠的实验,从最初的两个粒子相隔几公里,到最近的一次相隔1000多公里,实验结果完全符合量子力学的预言,也就是说,EPR佯谬变成了真实发生的事情。
  
  现今的科学已经完全证实了,一对处于纠缠态的量子,无论它们相距多远,只要对其中的一个粒子进行测量,另外一个粒子也会马上坍缩成确定态,即使相距百万光年,理论上依旧成立。
 
  如此神奇的现象,简直就是超强版本的心灵感应,现今科学家们给出的解释,和当初玻尔的解释差不多,认为处于纠缠态的粒子本质上是处于同一个概率波中的,既然是同一个概率波,测量其中的一点,势必会影响到另一点。
 
  长达几万光年的概率波,我们无法想象是什么样的,但还有另一种解释,却更荒诞离奇。
 
  无论是量子纠缠,还是量子叠加,都和一个我们非常熟悉的概念有关,就是空间。
 
  量子叠加告诉我们一个粒子可以同时处于空间中的无数个位置,这不是因为粒子的运动速度快,而是量子本身的属性,而量子纠缠更是超空间瞬间作用。
 
  如果我们再继续往下深入思考的话,一个粒子的位置可以同时处于空间中无数个点,那这无数个点会不会就是同一个点呢?相隔遥远的两个粒子可以超距作用,那它们之前的距离会不会只是一种幻象呢?
 
  03
 
  现在,是时候回到瞬间传输了。
 
  这里要注意,单纯的量子纠缠并不能实现瞬间传输,因为在测量前,我们并不知道粒子的信息,它始终处于叠加态,只有我们对其进行测量,叠加态坍缩,我们才能得到确切的信息。
 
  简单说,瞬间传输是可以完成,但传输的是不确定的信息,也就相当于没有传输。
 
  不过,科学家们想到了一个取巧的方法,就是引入中间粒子,就能完成量子信息的传输,不过这样的传输已经不是瞬间传输了,因为需要宏观传输通道。
 
  具体方法是这样的,首先我们需要制备一对处于纠缠态的粒子B和C,把B放在地球上,把C放在空间站。
 
  然后把我们需要传输的粒子A和B放在一起使其发生作用,接着对A和B进行联合观测,如此我们就得到了一个AB联合态的观测信息,同时空间站中的C因为和B有量子纠缠,也会坍缩成一个确定态。
 
  看到这里你应该已经明白,所谓的量子瞬间传输技术,和科幻片中的瞬间传输还是有差别的。
 
  首先,传输速度是无法超过光速的。
 
  其次,需要传输的粒子也没有真正传送过去,只是在另一边克隆了一个信息一致的粒子,那么,两个粒子是否完全一样呢?
 
  我只能说,从物理学的角度来看待,两个粒子是一样的,这就类似你从网站上下了部热门电影,然后你又把这部电影通过网络传给了你的朋友,本质上,两部电影是完全一样的。
 
  重点来了,既然可以传输微观粒子,而我们每个人都是由粒子组成的,那是否可以传输人呢?
 
  理论上完全可以,不过实验条件成熟还需要非常久,目前以我们的技术只能传输一些粒子的信息。另外,即使未来实现了人的传输,传输过去的也不是本尊,而是由海量相同粒子组成的“克隆体”。
 
  最后的问题,既然可以通过量子信息的传输来传送宏观物体,那么我们真实世界在最底层的构造,是否就是各种信息的集合呢?如果是的话,那我们每个人很可能是虚拟世界的一段复杂代码,也就不足为奇了。

(编辑:ASP站长网)

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