贺俊杰/文

简单讲述量子纠缠(科普知识量子纠缠)(1)

现在大家都知道量子纠缠,但具体这个电量子纠缠是个什么东西?真正懂的人很少,我简单给大家科普一下。这个电量子纠缠是个奇特的现象,好比在我们的太阳系操纵一个电子,和它纠缠的另一个电子即便是在遥远的宇宙深处几到十几光年之外,同时也被同样操纵,你想一想,这应该是一种什么样的画面?

第一,它告诉我们,在这个宇宙中,真有超过光速的东西。这里指的是信息传递不受距离限制。

这使我想起小时候到我姑姑家去走亲戚,看到她家窗子上吊着两个葫芦,有一个小口,里面绷着丝线,不知道这是干嘛用的。问了我姑父,他告诉我,这是叫人用的。

原来他们这个小村庄有三十多户人家,分散住在各自的小山沟里,那时搞集体化,为了快点能通知大家,才想出这个办法。那时没有电,更没有电话,只能靠丝线把大家连在一起,村长拨动自家葫芦,通过震动传导,全村的葫芦都能听到“嘣嘣嘣”的声音,省去了跑着每家通知了。

这是震频传输,和能够传输“量子态”是两个概念。

而电子纠缠却不能传输信息,这如何理解呢?举个简单例子。两个人打乒乓球,你只有两种状态:得分或者不得分。(这和电子相似,只有两个量子态:自旋向上或者向下。)你只要观察一个人是否得分,不用看另一个人,就能知道他这球是否得分,属于正负对等。

又假如你有儿子媳妇,也只有两个量子态:儿子来看你,作为母亲你就知道媳妇肯定留在家里。从你看到你的儿子之时刻到你知道媳妇留在家之间的时差,理论上可以等于零。

如果用从儿子家到你家的距离除以时间间隔,把结果定义为隐形传态的速度,它可以是无穷大。但是,这传递了任何信息吗?没有。真正的信息传递是通过经典传输手段,也就是你儿子来传输的。他的速度取决于他是步行还是骑自行车或者开车。儿子必须告诉你,媳妇在家还是回娘家了,也就是说,你必须知道游戏规则,这个规则可称为密码理论。

在量子隐形传输实验中,规则即密码理论是事先就知道的。这个例子所说的道理最早是由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森(Einstein, Podolsky and Rosen)三人提出的一个假想实验来说明的,叫EPR佯谬。这和过去所用的密码本有异曲同工之妙。

简单讲述量子纠缠(科普知识量子纠缠)(2)

第二,两个电子以某种空间形式存在着必然联系,因为它们相处得那么遥远,但它们仍然以不可思议的方式联系着,这使我们不由得怀疑,这两个电子实际上是一体的,但在理论上,这又是多么的不可能!

由此我们会想到,我们的地球,会有一个纠缠的地球,我们的太阳和太阳系,会有一个纠缠的太阳和太阳系,我们的宇宙会有一个纠缠的宇宙!

但是,这在理论上似乎是不可能的,因为我们的地球、太阳、太阳系和宇宙,都不单单是电子构成的,还有玻色子和夸克,还有引力子和胶子!而它们这些基本粒子则没有电子纠缠类似的属性!

也就是说,大多数基本粒子不具有电子纠缠的特性,我们又怎么能够推断,所有的物质都要按照电子纠缠那样的存在方式存在呢?

简单讲述量子纠缠(科普知识量子纠缠)(3)

其实说到底:“量子隐形传输”并不能真正传输信息,为什么我们却又要拼命宣传“量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级。”这4个数量级是通过什么方式求出来的?这种无意义的宣传早晚是要被揭穿的。

问题是,“早晚”是多长时间?社会心理对科研过程通常能够等待几十年。可是,几十年后,人们不就可以看出“量子隐形传输”到底能不能瞬间传递信息了? 如果你做不到,岂不是就真相大白了?

但社会心理的奥妙就在于这个缓冲期,咱们普通老百姓说的盼望期:几十年后,人们仍然会以新时间为起点,继续等待几十年,而不会质问说:“你们几十年前就说能够实现超光速通讯,为什么现在还没有实现?”真是王二小过年,一年不如一年。

其实不管是“量子纠缠”也热门了几十年了。时至今日,无论是量子计算机还是量子隐形传输,都还停留在研究室和新闻媒体,和实际应用毫无关系。再等几十年还是如此,只是媒体向社会描绘诱人的未来和希望。如果真能“超时空传输”,可以保证信息传输的隐秘,甚至可以实现量子遁术(人体传输),可以实现高速量子计算破译密码, 果真如此任何国家都会不惜一切代价一直支持下去。

而目前在这一领域除了发明大量的一般人听不懂的行话术语(jargon),比如量子纠缠,量子计算,量子信息,量子密码,量子解码,量子点,量子比特,量子相变,EPR佯谬,贝尔不等式,等等等等外,没有一点根本性的突破。

这些行话术语有两个作用:既可以给人以“这门学问很深”的印象,又给人以“这一研究应用非常广泛”的印象。对于如此深奥而具有广泛应用前景的研究,谁忍心批评指责,研究经费还是要给的,不管怎么说这也是个高科技嘛,再等它几十年,又有什么不可以呢?

这情形和长生不老药的研究极其相似。凡是给某一真人研究经费研制长生不老药的皇帝陛下,都希望在自己有生之年能够练出长生不老药,也就是说,二三十年应该出成果。

可是,即使二三十年也出不了成果,他还是会一直等下去,等到死也不会停止这项研究,因为长生不老的希望太美好,太神圣。

皇帝死了,别的皇帝会继续长生不老药的研究,这种过程可以重复几百遍,可以持续几千年。面前一直有一个美好的幻觉,值得追逐一生啊!

不管你任何吹嘘,始终改变不了这样的事实:从事量子纠缠研究的人们,一方面年复一年地宣称实现了多么伟大的“突破”,比如实现了八个粒子的纠缠态,另一方面又说这方面的研究还是在理论探索阶段;一方面扬言量子隐形传态可以实现超光速密码传输,甚至可以进行远距离人体传输(遁术),可以不用宇宙飞船就把人送到其他的星球和其他银河系,另一方面又说量子隐形传态不可能用来传输信息和质量能量。

这样既保鲜了美好的希望,取得了社会对现在的研究项目的资金支持,又对将来可能的失败有言在先,到时候可以推卸责任。

对量子纠缠的实际市场行情我们应该有个比较清楚的认识,不要老是搞那个务虚,高谈阔论那些谁也不懂的理论和高深哲学问题了。

玻尔曾说:“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂。” 其实,如果你第二次听到量子理论时没有感到困惑,你也还是没有听懂。为什么呢?因为人们津津乐道的所谓“波函数”根本就不是行波的函数。光的波函数是经典电动力学中麦克斯韦场方程的解,非常简单的正弦波,而不是量子力学中任何方程的解。光波(行波,驻波)都是经典物理的概念。光波的传播,反射,折射,绕射,干涉,极化等都是经典物理光学的内容,和量子力学毫无关系。

光的干涉现象和量子纠缠概念完全是不同的概念。量子力学中的量子态,是电子或其他粒子的状态,是薛定谔方程的解(且不管相对论量子力学)。可是薛定谔方程根本就不是波动方程,它的解根本就不是波函数,而是几率分布函数。

行进中的电子也是波。谁能把电子的波函数写出来?有本事写出来让大家看看。至于描述电子的波动方程,就更不要谈了。

教科书上总是举电子的干涉图案为例证明电子也是波。可就是教科书也写不出电子束的波函数。一写出来就会露马脚。

如果不管有没有波动方程,只是偷用水波或者电磁波的行波函数,那振幅的物理意义是什么呢?写不出电子的波动方程和行波的波函数,怎么可能实现“电子的远程纠缠”?尤其奇怪的是,电子的波函数怎么可以通过光波来纠缠?

不仅爱因斯坦不能接受“几率波”的不定论哲学,就是量子力学的发明者薛定谔也不理解。他提出了薛定谔方程以后,在求解方程时得出了量子化条件,算出了氢原子光谱的能级,结果和里得伯公式相符。但是这个方程的解到底是什么东西,薛定谔自己也不知道。好像只是一个空间的函数。反正得到了里得伯公式,解释了氢原子光谱,这就够了。

极小的微观是宇宙世界的组成分子。量子纠缠,不管纠缠的变化态势如何,首先是存在量子,纠缠也是一种能量的作用。这恰好证明了世界唯一的物质性,它们不是静止孤立存在的。它们之间永远保持着联系。有联系,就意味着运动,有运动,就意味着会产生各种各样的新的变化。而变化的力度与方向,是由参与变化之诸方物质性的主体其能量的大小及其结构主次所决定的。

这也肯定了“变”是绝对的,“静”是相对的普世价值观。

简单讲述量子纠缠(科普知识量子纠缠)(4)

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