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一口气搞懂量子纠缠的由来
时间:2019-03-19   作者:admin  点击数:

在这篇文章中,爱因斯坦通过叠加态和守恒律得出了一个结论,那就是量子世界会发生超光速的事情。那究竟是咋回事呢?

这个世界太让人感到匪夷所思,以至于连薛定谔这样的物理大神都不能接受。于是,他提出了薛定谔的猫。那什么是薛定谔的猫呢?

薛定谔

这个要从我们的世界开始说起,话说牛顿的经典力学能够解释我们用肉眼所能看到的世界。当时很多人都以为物理学已经到了尽头,再也不会发展。

可量子世界不这样,实际上猫是处于又生又死叠加状态的,猫到底是死是活必须在盒子打开后,外部观测者观测时才能确定。

后来,很多实验都证明了贝尔不等式的推论。

而证明他错了的人,叫做贝尔。他是爱因斯坦的信徒,想证明爱因斯坦是对的,于是,他提出了贝尔不等式。

那到底是谁对谁错呢?经过了几十年的研究,EPR实验变成了EPR佯谬。在物理学中,看到佯谬就要小心了,其实薛定谔的猫也叫做薛定谔的猫佯谬。

说起量子纠缠,很多人都蜜汁困惑。比如:量子纠缠可以实现超光速。这一点连爱因斯坦都无法理解。

在这个世界充满了不确定性,你永远无法预测下一刻,某个电子的位置,你只能知道的是电子出现在某个位置的概率是多少。薛定谔的猫

可万万没想到,大家都太自信了。在近代,人类观测技术水平直线上升,能开始知道原子及原子以内的世界。

可问题来了,离得这么远,那头的电子咋知道,这边的电子坍缩了?又咋知道对方自旋的方向?就是传递这个信息,最快也是光速,光速也要跑一会呢,可这两个电子按照理论来看,就应该是同时坍缩,而且自旋相反。

所以EPR实验变成了EPR佯谬就是说,爱因斯坦错了。

再后来,2018年7月,中国科大潘建伟团队实现18个量子比特纠缠,再度刷新世界纪录。

比如说:动量守恒,或者角动量守恒。因为电子有自旋这个物理量,所以就要满足角动量,那这两个电子就得时时刻刻保持着自旋相反的状态,无论离得多远,毕竟是在一个系统内。

而爱因斯坦作为反对量子力学的领军人物,他和薛定谔一样。也在试图想办法去证明量子力学有漏洞。EPR实验

这个思想实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。按照我们生活的世界的逻辑来理解,猫要么死,要么活。

这也就是量子纠缠的来源。后来还是薛定谔看到这篇论文时,就给这个现象取名叫做量子纠缠。发现没有?量子力学中,你最熟悉的这些词都是薛定谔取的,甚至很多人都以为薛定谔就是量子力学的终极打Boss。可实际上呢?这货竟然是反对者。那些真正的拥趸不是物理学专业的很少人会知道。这件事告诉我们,会取名是一门手艺,搞得好还能名垂千古。

薛定谔的猫

其实,我们普通人不明白和爱因斯坦的是不一样的,因为大多数人连为什么量子纠缠会超光速都不清楚。今天,我们就来聊一聊量子纠缠到底咋来的?不一样的量子世界

那为什么两个东西加起来就能超过速呢?

简单理解就是,看起来好像是错的,但实际上是对的。量子纠缠看起来是错的,但实际是对的的,薛定谔的猫也同样。

和薛定谔站在同一条战线的领军人物,也同样对量子力学有奠基作用的爱因斯坦和德布罗意。

要知道电子又是处于叠加态的。所以这两个电子,同时要处于叠加态,又要保持自旋相反。

要知道爱因斯坦的相对论里有个基本假设:光速是物质和信息传递的最快速度,所以这让爱因斯坦根本无法接受。所以他经常吐槽量子力学有问题,最有名的就是:

叠加态之前在薛定谔的猫中说到了,现在再来说说守恒律是啥,最简单的守恒律其实就是1 1=2。这个守恒其实就是我们这个世界的基石。物理里面的守恒律其实很多,比如能量守恒,动量守恒等等。其实意思和1 1=2是一样的。就是说一个系统里面,能量无论转化成什么形式,总量是固定不变的。

如果两个电子离得无限远,当一个电子坍缩了,另一个也会同时坍缩,因为他们又要守恒,所以他们自旋就会相反。

在1935年,他带着两个小伙伴一起发表了篇著名的文章,这篇文章名震物理学江湖。人们把管这篇文章叫做EPR实验。EPR是取自这三个人的名字的首字母(E:爱因斯坦、P:波多尔斯基和R:罗森)。

结果这个不等式导出爱因斯坦错了,简直是物理史上第一个脑残粉,有木有?

德布罗意

可能很多人没想到的是,虽然薛定谔的成就对于量子力学有奠基作用,他本人一直都觉得这种离奇的事情不合理的,这样的理论知识暂时性的,所以他提出这个思想实验时,其实是用来嘲讽量子力学的支持者。而嘲讽的就是这个“叠加态”的不可思议。

这时候他们发现,量子的世界压根跟人类看到的世界不是一回事,这让很多人都很困惑。那这个世界有啥奇怪的呢?最大的不同就是:概率。

爱因斯坦的惨败

事情是这样的,如果做量子力学相关实验室时,通常会用到电子。而且一般一整就得整一对。要知道,如果把两个电子看成一个系统,那这两个电子就要满足守恒律。

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