一張圖讀懂量子糾纏（一口氣搞懂量子糾纏的由來）
2023-10-16 06:50:57 6
說起量子糾纏，很多人都蜜汁困惑。比如：量子糾纏可以實現超光速。這一點連愛因斯坦都無法理解。
其實，我們普通人不明白和愛因斯坦的是不一樣的，因為大多數人連為什麼量子糾纏會超光速都不清楚。今天，我們就來聊一聊量子糾纏到底咋來的？
不一樣的量子世界這個要從我們的世界開始說起，話說牛頓的經典力學能夠解釋我們用肉眼所能看到的世界。當時很多人都以為物理學已經到了盡頭，再也不會發展。
可萬萬沒想到，大家都太自信了。在近代，人類觀測技術水平直線上升，能開始知道原子及原子以內的世界。
這時候他們發現，量子的世界壓根跟人類看到的世界不是一回事，這讓很多人都很困惑。那這個世界有啥奇怪的呢？最大的不同就是：概率。
在這個世界充滿了不確定性，你永遠無法預測下一刻，某個電子的位置，你只能知道的是電子出現在某個位置的概率是多少。
薛丁格的貓這個世界太讓人感到匪夷所思，以至於連薛丁格這樣的物理大神都不能接受。於是，他提出了薛丁格的貓。那什麼是薛丁格的貓呢？
薛丁格
這個思想實驗是這樣的：在一個盒子裡有一隻貓，以及少量放射性物質。之後，有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。按照我們生活的世界的邏輯來理解，貓要麼死，要麼活。
薛丁格的貓
可量子世界不這樣，實際上貓是處於又生又死疊加狀態的，貓到底是死是活必須在盒子打開後，外部觀測者觀測時才能確定。
可能很多人沒想到的是，雖然薛丁格的成就對於量子力學有奠基作用，他本人一直都覺得這種離奇的事情不合理的，這樣的理論知識暫時性的，所以他提出這個思想實驗時，其實是用來嘲諷量子力學的支持者。而嘲諷的就是這個「疊加態」的不可思議。
和薛丁格站在同一條戰線的領軍人物，也同樣對量子力學有奠基作用的愛因斯坦和德布羅意。
德布羅意
而愛因斯坦作為反對量子力學的領軍人物，他和薛丁格一樣。也在試圖想辦法去證明量子力學有漏洞。
EPR實驗在1935年，他帶著兩個小夥伴一起發表了篇著名的文章，這篇文章名震物理學江湖。人們把管這篇文章叫做EPR實驗。EPR是取自這三個人的名字的首字母（E:愛因斯坦 、P：波多爾斯基和R：羅森）。
在這篇文章中，愛因斯坦通過疊加態和守恆律得出了一個結論，那就是量子世界會發生超光速的事情。那究竟是咋回事呢？
疊加態之前在薛丁格的貓中說到了，現在再來說說守恆律是啥，最簡單的守恆律其實就是1 1=2。這個守恆其實就是我們這個世界的基石。物理裡面的守恆律其實很多，比如能量守恆，動量守恆等等。其實意思和1 1=2是一樣的。就是說一個系統裡面，能量無論轉化成什麼形式，總量是固定不變的。
那為什麼兩個東西加起來就能超過速呢？
事情是這樣的，如果做量子力學相關實驗室時，通常會用到電子。而且一般一整就得整一對。要知道，如果把兩個電子看成一個系統，那這兩個電子就要滿足守恆律。
比如說：動量守恆，或者角動量守恆。因為電子有自旋這個物理量，所以就要滿足角動量，那這兩個電子就得時時刻刻保持著自旋相反的狀態，無論離得多遠，畢竟是在一個系統內。
要知道電子又是處於疊加態的。所以這兩個電子，同時要處於疊加態，又要保持自旋相反。
如果兩個電子離得無限遠，當一個電子坍縮了，另一個也會同時坍縮，因為他們又要守恆，所以他們自旋就會相反。
可問題來了，離得這麼遠，那頭的電子咋知道，這邊的電子坍縮了？又咋知道對方自旋的方向？就是傳遞這個信息，最快也是光速，光速也要跑一會呢，可這兩個電子按照理論來看，就應該是同時坍縮，而且自旋相反。
要知道愛因斯坦的相對論裡有個基本假設：光速是物質和信息傳遞的最快速度，所以這讓愛因斯坦根本無法接受。所以他經常吐槽量子力學有問題，最有名的就是：
這也就是量子糾纏的來源。後來還是薛丁格看到這篇論文時，就給這個現象取名叫做量子糾纏。發現沒有？量子力學中，你最熟悉的這些詞都是薛丁格取的，甚至很多人都以為薛丁格就是量子力學的終極打Boss。可實際上呢？這貨竟然是反對者。那些真正的擁躉不是物理學專業的很少人會知道。這件事告訴我們，會取名是一門手藝，搞得好還能名垂千古。
那到底是誰對誰錯呢？經過了幾十年的研究，EPR實驗變成了EPR佯謬。在物理學中，看到佯謬就要小心了，其實薛丁格的貓也叫做薛丁格的貓佯謬。
簡單理解就是，看起來好像是錯的，但實際上是對的。量子糾纏看起來是錯的，但實際是對的的，薛丁格的貓也同樣。
所以EPR實驗變成了EPR佯謬就是說，愛因斯坦錯了。
而證明他錯了的人，叫做貝爾。他是愛因斯坦的信徒，想證明愛因斯坦是對的，於是，他提出了貝爾不等式。
結果這個不等式導出愛因斯坦錯了，簡直是物理史上第一個腦殘粉，有木有？
後來，很多實驗都證明了貝爾不等式的推論。
再後來，2018年7月，中國科大潘建偉團隊實現18個量子比特糾纏，再度刷新世界紀錄。
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