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在當代,“量子通訊”可算是一個炙手可熱的科學名詞。提到量子通訊,就不得不提到愛因斯坦以及愛因斯坦為了反駁玻爾時提出的一個EPR實驗,雖然後來證明愛因斯坦在EPR實驗上的主張是錯誤的,但EPR實驗本身卻成為了當代一個新學科——量子通訊技術的源頭。簡單說吧,在1935年,愛因斯坦(E)和他的同事波多爾斯基(P)及羅森(R)提出了一個悖論,目的就是想指出量子理論是多麼不切合實際,並因此開展了實驗來驗證,這個實驗就是EPR實驗。

在該實驗中,爆炸使兩個一個電子對中的兩個電子沿相反方向以接近光的速度分開,因為電子屬於費米子的一種,它具有半整數自旋的特性,而一個電子對中的兩個電子的自旋動量值相加總是為0,即一個電子的旋轉軸向上,另一個電子的旋轉軸向下。在實際測量之前,人們並不知道單個電子的旋轉方向。當兩個電子相距十分遙遠時,比如幾光年,如果現在測量一個電子的旋轉,並發現它的旋轉軸向上,那麼人們就會立刻知道另一個電子的旋轉軸向下,反之亦然。

事實上,真實情況確實是這樣的,發現其中一個電子的旋轉軸向上的事實就迫使另一個電子的旋轉軸方向向下,這意味著人們可以在極短的時間內知道了幾光年以外的電子的情況。愛因斯坦因此指出,資訊不可能跑得比光速還要快,這顯然違反了狹義相對論。事後貝爾等人證明,事實上是愛因斯坦理解錯了,EPR實驗只能顯示隨機的資訊,而不能傳送非隨機的、有用的資訊,因為每次測量電子的自旋方向時,它都是隨機的,測量者無法選擇哪種確定的狀態。說到底,這是由一個被稱為“量子糾纏態”的物理現象決定的。

要理解量子糾纏態,首先要理解什麼叫量子疊加態和波函式。在經典的傳統物理學中,每個事物都有確定的狀態,比如說一個物體位於A點,那麼這個物體就不可能同時位於B點。但在量子力學中,物體可以同時處在A點和B點,這種狀態就叫量子疊加態。但在測量之前,人們並不知道物體到底處在哪一個點上,人們知道的只是物體處在某個點上的機率有多大,這個機率用波函式來表示。

現在如果對這個物體的位置進行精確測量,那麼這個物體會隨機出現在A點或者B點,會出現一個確定的狀態。這個過程就叫“波函式坍塌”,也就是所謂的“觀察過程確定粒子的最終狀態”。(觀察即測量,而物體由粒子構成。)

從上面所說的可以看出,量子糾纏是客觀存在的。當兩個粒子處於量子糾纏態時,意味著我們只需要測量其中的一個粒子,就可以立即知道另一個粒子的狀態,而無需對另一個粒子也進行測量。表面上看,好像存在一種瞬時傳遞資訊的能力,而且這種瞬時傳遞不受光速的限制。

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