當幾個粒子在彼此相互作用後,由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質,無法單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,這現象就是量子糾纏(quantum entanglement)。
面對量子的奇異現象,1935年,愛因斯坦、博士後羅森、研究員波多爾斯基合作完成《物理實在的量子力學描述能否被認為是完備的?》論文,設計了一個思想實驗“EPR佯謬”,來探討反直覺預測的量子強關聯絡統,試圖說明量子力學的不完備性質。愛因斯坦作為量子論的奠基人之一,他並不反對量子力學,他只是覺得現有的量子理論還不夠完備,其間肯定還有某些“引數”沒有被掌握,所以才導致預測不準確。
量子糾纏這個概念最先是由薛定諤提出來的。他在給愛因斯坦的一封信裡,將EPR思想實驗裡“兩個暫時耦合的粒子,不再耦合之後彼此之間仍舊維持的關聯”總結為一個術語:Verschränkung(德語),翻譯成漢語就是“糾纏”。
薛定諤認為,量子糾纏不只是量子力學的某個特別的性質,而是量子力學的普遍特徵;量子糾纏在量子力學與經典力學之間做了一個完全切割。
量子糾纏的瞬時超距作用,似乎違反了相對論中資訊傳遞不能超過光速的設定。愛因斯坦與薛定諤都感到很“糾結”。
愛因斯坦提出的隱變數理論,是基於經典物理學的定域性原理。定域性原理認為,一個特定物體,只能被它周圍的力量影響。某一點的行動,要傳遞到另一點,中間必須要藉助某種媒介。例如,一個光子,必須藉助電磁場,才能從一點運動到另一點。定域性原理又稱局域性原理、區域性原則。
1964年,貝爾發表論文提出,假若測量兩個粒子分別沿著不同軸向的自旋,則量子力學得到的統計關聯性結果比定域性隱變數理論要強很多。貝爾設計出不等式“∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy”,使得隱變數理論從哲學思辨迴歸實驗驗證。
1972年,約翰·克勞澤與史達特·弗利曼首先完成了貝爾實驗,得到的實驗結果符合量子力學的預測,不符合定域性隱變數理論的預測,證實定域性隱變數理論不成立。
時至今日,我們仍然不知道量子糾纏的深層次本質原因,但我們可以確定它真真實實的存在著,而且還越來越多地掌握了它的具體運作機制。2017年6月16日,墨子號量子科學實驗衛星實現了,兩個光子1200公里量子糾纏。2019年,谷歌設計的量子計算機,證實了量子的優越性。
二十一世紀是量子力學的運用時代,量子加密通訊、量子計算機等一系列的量子技術,必將引發一場新的工業革命和資訊革命。我相信,在運用的過程之中,量子理論會隨著一個個的技術突破,而得到突破。