谁给解释一下“量子纠缠”是咋回事?关于这个的最新研究有些什么?

谁给解释一下“量子纠缠”是咋回事?关于这个的最新研究有些什么?

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10个答案
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@九维空间 解释了量子纠缠。下面这个例子是说明量子纠缠如何和经典物理不同,基本翻译自David Tong的讲义:http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/concepts.html, quantum mechanics那个文件。
GHZ correlations (Greenberger, Horne and zeilinger):

考虑在空间上分开的三个实验站。从另一个地点向这三个实验站发送待测量的物理系统,同样的一个系统发送多次。每个实验站可以在两个测量X和Y中选择其一,X和Y测量的结果都只有+1或者-1。
当三个实验站进行了多次测量后,他们聚在一起分析结果。先发现了如下一个规律:每当对同一个样本的测量有两个是Y,一个是X时,测量结果的乘积总是+1,也即:

这个规律可以这么解释:这三次测量得到的要不都是+1,要不有两次是-1, 一次是+1。从经典物理的看法,每个实验站的测量结果在发送时就已经确定了,从上面的规律可以推论出,在发送时这个系统可能处于的状态(用三个测量站的测量结果来表示)有8种可能:








(每个括号里,第一行描述第一个实验站收到的部分,其X和Y测量会得到的值在发送时就确定了。其余类似。这个表可以这样列出:先列出Y那一列所有8种情形,根据上面得到的规律,给定Y那一列,X那一列也就确定了。所以一共有8个情形。)

通过这个表发现:当三个实验站都测量X的时候,结果的乘积一定是+1:

但是实验结果却与此不同:
.

这个结果从经典的眼光来看难以理解。一个解决办法是:也许被测量到的不是系统发送出去时的状态,而是三次测量互相有所影响,比如说实验站一和实验站二进行了两次Y测量,这个信息传到了实验站三,改变了实验站三收到的那部分系统的状态。这样就可以解决上面的矛盾。
不过这个解释会要求我们放弃经典定域性。因为我们可以在时空上这样安排:让三次测量位于彼此的类空的区域(spacelike region),也就是说实验站一的测量要想影响到实验站二和三的测量,那这个影响信号传播的速度就得快过光速。

这个实验是真实地做过的,见 Pan et. al. Nature 2000, Feb 3;403(6769): 515-519。这个实验中测的是三个光子的偏振,不过下面是用三粒子系统的自旋来说明的。一个满足上面描述的量子系统可以是这样的:三个实验站分别测量三个粒子的自旋,X和Y分别是x和y方向角动量的测量,其算符的矩阵表示分别是(Pauli矩阵):

容易验证这两个矩阵的特征值都是+1或-1(也就是测量可能得到的结果)。

然后最初发送的系统处于的状态是: (是张量积)

单独来看,张量积里的每个(1,0)或(0, 1)描述的是一个粒子的自旋,而且这两个态都是Z方向角动量算符的本征态,对应的本征值+1和-1。这个态函数描述三个粒子自旋纠缠在一起的一个状态。

如果1号实验站测量1号粒子Y方向的角动量,他会以一定的概率得到+1或者-1,因为这个态不是Y算符的本征态。而若三个实验站都做了测量,比如说想要知道在XYY这个测量下的结果,可以先检查这个态是不是XYY的本征态。用XYY乘以态函数(X矩阵乘以张量积里的第一个向量,Y矩阵乘以张量积里的第二个向量,再Y矩阵乘以张量积里的第三个向量,然后把得到的向量按顺序作张量积)(这里用了XYY这个顺序,如果按一般数学记号的规律,应该是Y乘以第一个向量,因为离得最近,然后依次,不过这个只是不同约定),然后会发现我们得到的是一个常数c乘以原始的态函数,表明是XYY的本征态,物理上说明这个测量会得到一个确定的结果,而且常数c就是测量的结果。

容易验证是XYY,YXY,和YYX的本征态,而且本征值都是+1;同时也是XXX的本征态,本征值是-1。于是量子力学解释了这个实验,而这样的纠缠特性是经典物理系统不具有的(起码在不放弃经典定域性的前提下)。

量子力学的这个解释也涉及到了非定域性:对一个粒子自旋的测量,是怎么影响到远处的另外两个粒子的呢?这似乎要求量子系统可以非定域地感受到测量。但是量子信息证明这样的非定域性并不会引起超光速的信息传递,所以这个非定域性和上面提到的超光速信息传递是不一样的(见no-communication theorem: http://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem )。


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假设薛定谔有两只猫,分别标记1和2。每只猫只有“dead“和”alive“两种量子态。

所谓纠缠态,就是:
就是说,系统的状态是两个量子态的几率叠加。第一个量子态是第一只猫死,第二只猫活。第二个量子态是第一只猫活,第二只猫死。

无论两只猫相隔多远,甚至在宇宙的两端。只要它们处于纠缠态,你发现一只猫是死的时候,另一只一定是活的,反之亦然。

当然,两只猫还有这种纠缠态

无论两只猫相隔多远,你发现一只猫是活的,另一只一定活着。反之你发现一只是死的,另一只也一定是死的。

以上就是纠缠态最简单的两个例子。现在无论是前沿的量子计算还是量子通讯都以纠缠态为基础。

补充:我用两只猫比喻的以上纠缠态(算上正负号一共四个)其实就是著名的贝尔态。就是贝尔不等式的那个贝尔,不是踢球的或者演蝙蝠侠的。

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仙庄子明多彩自然 引力波

2013-06-12 13:08

是一种群体共振吧。

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目前的量子传输已然是依靠经典信息传输的 没有打破任何物理常识

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雪鹰falcon飞行器设计硕士在读

2013-06-08 18:13
支持者: Jokies

解释起来比较麻烦,请戳这里
http://baike.baidu.com/view/95051.htm
利用这个效应理论上可以实现信息的瞬时传递,详细原因见百度

0 6

H3YF6大二生物狗一条

2013-06-09 18:29

从定量角度说好像是两个粒子的波函数以某些方式相互关联……高三刚毕业表示不太懂。

0 9

简单的说呢
就是两个粒子,在相隔一定距离后,可以心有灵犀,但是究竟怎么心有灵犀/心有灵犀啥东西,还没法知道

最近的报道是在从中国 到 欧洲哪个国家的距离上,心有灵犀了吧,未来似乎计划在更远距离进行

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