摘要：量子世界深处隐藏着一种如此令人惊叹的现象，甚至连阿尔伯特·爱因斯坦都称之为“鬼魅般的超距作用”。量子纠缠不仅仅是一个科学术语，而且是现实的一个基本属性，它颠覆了我们对空间、时间和因果关系的通常理解。

量子世界深处隐藏着一种如此令人惊叹的现象，甚至连阿尔伯特·爱因斯坦都称之为“鬼魅般的超距作用”。量子纠缠不仅仅是一个科学术语，而且是现实的一个基本属性，它颠覆了我们对空间、时间和因果关系的通常理解。

如果你能缩小到原子大小，你就会发现熟悉的物理定律不再适用。在这个微观世界中，粒子可以同时出现在多个地方，穿过墙壁，并在任何距离内立即相互“交流”。最令人惊奇的是，我们可以在真实的实验中观察到这些效应。

我们将量子纠缠视为粒子之间的一种特殊联系。只是，这种连接不是普通的绳索或磁场，而是存在于空间和时间之外。听起来像科幻小说？但这是事实，已被数千次实验证实。

量子纠缠的历史始于1935 年，当时三位物理学家——阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森——发表了一篇论文，旨在证明量子力学是不完整的。这项研究被称为EPR 佯谬，它非但没有推翻量子力学，反而揭开了量子力学最神秘的性质之一的神秘面纱。

当时，科学界分成了两个阵营。一方是爱因斯坦，他认为“上帝不掷骰子”，一定有一些隐藏的参数决定着量子系统的行为。另一方面，尼尔斯·玻尔和他的追随者接受了量子世界的概率性质。

但真正的突破出现在1964 年，当时物理学家约翰·斯图尔特·贝尔 (John Stewart Bell)提出了一种通过实验检验谁是正确的方法。他推导出著名的“贝尔不等式”——一种将量子力学与任何具有局部隐变量的经典理论区分开来的数学方法。

最有趣的部分就从这里开始。 20 世纪 70 年代初，由约翰·克劳泽 (John Clauser)领导的一组物理学家进行了首次测试贝尔不等式的实验。结果令人震惊：量子力学是正确的，而爱因斯坦是错误的。粒子确实可以在任何距离内瞬间“感知”到彼此。

但实验中或许还存在一些缺陷？1982年，阿兰·阿斯派克特（Alain Aspect）进行了一系列更为精确的实验，堵塞了所有可能的漏洞。结果保持不变：量子纠缠是真实存在的，并且其工作原理与量子力学的预测完全一致。

科学界并没有立即接受这些结果。许多物理学家继续寻找经典的解释，提出了越来越奇特的理论。但每次新的实验都只是证实了量子纠缠的真实存在。正如理查德·费曼所说：“我想我可以肯定地说，没有人理解量子力学。”这甚至适用于量子纠缠，我们已经学会在实践中使用这种现象，但其深层本质仍然是个谜。

为了更深入地理解量子纠缠，让我们从我们熟知的事物开始。想象一下，您收到了两个装在密封盒子里的手套作为礼物。无需打开，你只需将一个盒子寄给银河另一端的朋友。当您打开盒子并找到一只右手套时，您立即知道您的朋友有一只左手套。这听起来像量子纠缠吗？并不真地。

就手套而言，它们的“正确性”或“左派性”从一开始就存在，只是我们不知道而已。在量子世界中，一切都变得更加有趣：在测量之前，粒子并不具有特定的属性。它们处于一种同时存在所有可能状态的“叠加”状态。只有当我们进行测量时，这种不确定性才会“崩溃”为一个特定的值。

让我们尝试另一个类比。想象一下两个舞者如此同步，当一个人向左旋转时，另一个人立即向右旋转，甚至彼此都没有看一眼。在古典世界中，只有事先达成协议或隐藏信号才有可能。但是纠缠粒子无需任何协议就能立即完成这一过程，无论它们之间的距离有多远。

现在我们已经尝试通过经典类比来想象量子纠缠，让我们深入研究它的基本原理。其中第一个也是最重要的是叠加。

在古典世界中，硬币可以是正面，也可以是反面。在量子世界中，一个粒子可以同时处于所有可能状态的叠加中。就好比一枚硬币在我们看它的时候既可以是正面，也可以是反面。但当我们仔细查看时，她“选择”了一个特定的州。

第二个关键原则是测量在量子世界中的特殊作用。在古典物理学中，测量只是记录物体的现有状态。在量子世界中，测量确实创造了现实。在测量之前，粒子同时存在于所有可能的状态，只有测量行为才能迫使它“选择”一个特定的状态。

但量子纠缠最令人惊奇的是粒子之间的关联。在经典世界中，相关性受到光速的限制：没有任何信息可以传播得更快。但纠缠粒子表现出看似瞬时的关联，无论它们之间的距离有多远。

重要的是要理解这些相关性不允许信息以比光速更快的速度传输。这就像你有两枚神奇的硬币，它们总是落在相反的一面，但你无法控制它们分别落在哪一面。你只能观察结果。

所有这些明显的魔法背后都有着严格的数学原理。纠缠粒子的状态由单个波函数描述，该波函数不能分离成每个粒子的单独状态。就好像两个粒子由同一个数学方程描述，改变方程的一部分必然会影响另一部分。

当我们对单个粒子进行测量时，我们实际上是在测量单个系统的一部分。由于系统不可分割，测量一个粒子的结果会立即决定另一个粒子的状态。这不是魔法或信息传递——这是量子世界的基本属性。

量子纠缠不仅仅是一种令人惊讶的自然现象。今天我们正在学习利用它来创造革命性的技术。其中第一个就是量子密码学。

想象一下，一个加密系统不可能被破解，这并不是因为你没有足够的计算能力，而是因为物理定律不允许这样做。这正是量子密码学所提供的那种保护。任何拦截信息的企图都将必然破坏量子纠缠，入侵者将立即被发现。

量子纠缠的第二个革命性应用是量子计算机。与以位（0 或 1）进行操作的传统计算机不同，量子计算机使用量子位，由于叠加和纠缠，量子位可以同时处于所有可能的状态。

这使得量子计算机能够比传统计算机以指数级的速度解决某些问题。例如，现代密码学所基于的大数分解问题，或为开发新材料和新药而建立的复杂量子系统建模。

一个更加雄心勃勃的项目即将出现：量子互联网。想象一个通过纠缠粒子传输信息的网络。这样的网络不仅完全安全，而且还能让量子计算机组合成一个单一系统，大大提高其计算能力。

量子纠缠提出了关于现实本质的深刻哲学问题。世界真的是非局部的吗？客观现实是否独立于观察者而存在？纠缠粒子之间的“瞬时”相互作用对于我们理解因果关系意味着什么？

多重世界诠释提供了量子纠缠最令人兴奋的解释之一。据此推测，随着每次量子测量，宇宙都会分支出来，为每个可能的结果创造出独立的现实。这意味着存在无数个平行宇宙，所有可能版本的量子事件都可以在其中实现。

听起来很棒？或许。但这种解释在数学上非常优雅，并且解决了量子力学的许多悖论。没错，但代价是将现实无限扩大。

哥本哈根诠释提出了更为保守的观点。据此，量子系统在测量之前处于不确定的状态。测量行为本身通过迫使量子系统呈现某种状态来创造现实。

这并不意味着观察者通过思想的力量创造了现实。相反，量子系统与经典测量设备的相互作用不可避免地会导致波函数“坍缩”到特定状态。

量子纠缠仍然是物理学中最神秘的现象之一。它挑战我们的直觉，迫使我们重新考虑有关空间、时间和现实的基本观念。同时，它也为改变世界的革命性技术打开了大门。

我们已经学会了创建纠缠态、操纵它们，甚至在实际应用中使用它们。但量子纠缠的根本性质仍存在争议。我们可能永远无法用古典术语完全“理解”它——而这正是它的美妙之处。

毕竟，最令人惊奇的发现就是在熟悉的结束和难以理解的开始的地方诞生的。量子纠缠提醒我们，现实比我们想象的更加丰富和神秘。这并不是路的终点，而只是新的惊人发现的开始。

来源：抖看世界