涨知识 | 量子纠缠是什么

量子纠缠是量子力学中一个非常独特和重要的概念。它描述了一种现象，即当两个或多个粒子在相互作用后，它们的物理特性变得不可分割，形成了一个整体系统，无法单独描述每个粒子的性质，只能描述整个系统的性质12。这种现象体现了量子相干性、或然性和空间非定域性，是量子力学中最具深刻科学意义的特性之一4。

量子纠缠的一个显著特点是，即使纠缠的粒子在空间上彼此分离，它们仍然能够相互影响5。这意味着，如果纠缠对中的一个粒子的某些方面取决于另一个粒子的某些方面，无论它们相距多远或它们之间有什么障碍，这种依赖关系都会存在6。这种特性有时被称为“幽灵远距效应”，是爱因斯坦提出的一个概念，尽管他最初对此表示怀疑7。

量子纠缠的一个经典比喻是，它类似于一台机器，这台机器会向相反方向投掷相反颜色的球。当一个人抓到一个黑色球时，他立即知道另一个人抓到的是白色球810。这个比喻有助于理解量子纠缠的非经典特性，即在经典力学中找不到类似的现象9。

量子纠缠的应用非常广泛，尤其是在密码学领域。通过使用纠缠粒子，发送者和接收者可以建立一个安全的通信链接，生成只有他们知道的密钥3。这种加密技术是安全的，与超光速传递信息无关11。

量子纠缠的研究始于1935年，当时爱因斯坦和他的同事波多尔斯基（Boris Podolsky）和罗森（Nathan Rosen）进行了讨论，尽管他们当时并没有使用“量子纠缠”这个术语16。此后，量子纠缠在量子计算和量子信息处理中发挥了核心作用，各种纠缠态的制备成为了研究的重点17。

当我们同时测量纠缠对的两个成员时，会出现有趣的效应。例如，如果我们测量两个成员的颜色或形状，会发现结果始终是一样的，这被EPR（Einstein-Podolsky-Rosen）看作是悖论18。这种现象进一步证实了量子纠缠的非经典特性，以及它在量子力学中的重要性。

总之，量子纠缠是量子力学中一个基本概念，它体现了量子相干性、或然性和空间非定域性。量子纠缠在量子计算、量子信息处理和密码学等领域有着广泛的应用，是现代物理学中一个非常活跃的研究领域。