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它被愛因斯坦稱為“遠處的幽靈行為”,它被人們成為量子力學中最奇怪的現象之一。它就是“量子糾纏。”
相信你曾經試圖要解開宇宙的奧秘,這項任務相當艱鉅,有許多科學家和研究人員花了一生的時間試圖找到最矛盾的問題的答案。
量子糾纏是量子物理學的核心原理之一。簡言之,量子糾纏是指多個粒子以某種方式連線在一起,使得對一個粒子的量子態的測量決定了其他粒子可能的量子態。這種連線並不取決於粒子在空間中的位置。即使你把糾纏的粒子分開數十億英里,改變一個粒子也會導致另一個粒子的改變。儘管量子糾纏看起來是瞬間傳遞資訊,但它實際上並沒有違反“經典光速”,因為在空間中沒有“運動”。
在量子物理學中,粒子的糾纏描述了它們的基本性質之間的關係,而這不可能是偶然發生的。這可能指的是它們的動量、位置或極化等狀態。
瞭解一個粒子的這些特性之一,往往可以告訴你另一個粒子的相同特性。
想想一副手套。如果你在抽屜裡發現一隻右手的手套,你可以肯定丟失的手套是你的左手手套。這兩隻手套可以說是糾纏在一起的,因為了解其中一隻手套的一些情況會告訴你另一隻手套的一些重要資訊,而這並不是隨機的特徵。
一位生物學家在2008年的一次谷歌科技演講中,稱人類之間的“糾纏“不可否認是可能的。他甚至把這種聯絡等同於動物。也許這就是為什麼狗能準確地感覺到他們的人類何時回家,儘管距離遙遠或時間表不穩定。
關於思想的力量也有重要的研究。一部分研究人員堅持認為,如果一個人和另一個人有著很強的聯絡(即糾纏),那麼他的想法會影響或影響另一個人。
在我們生活中,這個概念並不奇怪。但是這個概念給量子力學帶來了一個問題。
例如,當電子A與電子B相互作用時,一個將呈現上自旋狀態,而另一個呈現下自旋狀態。一個自旋的任何變化都會瞬間影響另一個的自旋,而與距離無關。事實上,研究人員已經證明了這一點,在距離超過1200公里的糾纏粒子之間。
我們知道根據愛因斯坦的狹義相對論,沒有什麼比光速更快的了。但是有沒有可能比光速還快?
這是可能的,而且這項技術還處於起步階段。就是由於量子糾纏的現象。
這些糾纏的粒子也不侷限於成對的;早在2014年,研究人員人為地纏結了大約500000個粒子,這表明粒子云是一個“群體大腦”,當任何單個成分被測量或改變時,它會立即發生反應。
更進一步,進入宏觀宇宙尺度,讓我們來談談大爆炸,它本質上是整個宇宙從單個粒子爆炸並開始膨脹(從那以後就再也沒有停止過!)。鑑於我們剛剛瞭解到的糾纏粒子的奇怪性質,可能有糾纏粒子散佈在整個宇宙中。每一個粒子都可能與另一個粒子糾纏在一起,或者與一個大的粒子群糾纏在一起!
時至今日,我們還不完全瞭解量子糾纏,也不完全瞭解量子世界隱藏的奧秘,但隨著量子計算和統一的糾纏粒子網際網路(這兩者都可能改變我們所知的世界)等可能的應用,相信人們會繼續研究下去。
我們來簡單瞭解下一個與量子糾纏有關的應用
量子通訊是如何工作的?
利用糾纏原理,研究人員利用糾纏光子在兩個節點之間傳遞資訊,其中傳送方持有一半的糾纏光子,接收方持有另一半的糾纏光子。透過操縱光子使通訊成為可能,從而導致相應光子的瞬時變化。
更具體地說,量子網路的每個節點都由量子處理器組成,量子處理器依賴於量子位元,而不是經典位元。量子位可以以多種狀態存在,我們稱為疊加,允許它們同時進行多種計算,而傳統的量子位僅限於0或1,限制它們一次只能進行一種計算。當一個量子處理器改變其光子的狀態時,另一個量子處理器中相應的糾纏光子會發生改變,從而傳輸必要的量子位。
這樣做的一個好處是,它建立了一個不可阻擋的通訊系統,任何試圖竊聽或截獲資訊的行為都會解開粒子的糾纏。這將改變訊息,並立即表明有駭客行為將要發生。
雖然目前的應用還很有限,但它已經成功地應用於量子金鑰分發中。它也比傳統的通訊方法快得多,因為糾纏光子可以瞬間傳輸資訊。
然而,糾纏可能是去耦和不可克隆定理的犧牲品。去耦是指由於與周圍環境的相互作用,糾纏粒子變得不糾纏的趨勢,而不可克隆定理指出量子態是不可複製的。
這使得遠距離通訊變得困難,為了克服這一點,研究人員使用了量子中繼器。其中一個或多個放置在傳送方和接收方之間,其目的是儲存與傳送方光子糾纏的光子以及與接收方光子糾纏的光子。透過使用貝爾態測量進行糾纏交換,傳送者和接收者的光子可以在更長的距離上糾纏。
目前,即使在最基本的量子網路中,也需要幾個量子中繼器,因為它們有許多問題,我們的研究人員正在開發一些巧妙的方法來克服這些問題。
量子力學違背了常識,把科學帶到了極致。如果眾多實驗被證明是成功的,那麼人類將到達一個新的理解領域,為資訊科技增加一個維度,量子技術可能會在全世界蓬勃發展。
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