今年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的量子糾纏在該領(lǐng)域的誤解中位居前三。
首先我要說的是：量子糾纏對(duì)宏觀物體沒有影響——換句話說，對(duì)你能看到的、你能感覺到的一切物體都沒有影響。 所以量子糾纏與“你是風(fēng)我是沙，糾纏到世界盡頭”無關(guān)。
那 -
諾貝爾獎(jiǎng)得主量子糾纏
它是什么？
我們先從貓開始吧。
很多人都聽說過薛定諤的貓。 薛定諤用可憐的貓的例子來反駁量子力學(xué)的理論。 他說：如果按照一些物理學(xué)家的觀點(diǎn)，一個(gè)微觀粒子可以同時(shí)處于兩種狀態(tài)的疊加，那么如果我把毒藥放進(jìn)盒子里，讓這個(gè)粒子的狀態(tài)決定貓的生死，那不會(huì)是一只貓嗎？ 難道也是處于死與生的疊加狀態(tài)嗎？
用他自己的話說，這是一個(gè)“非?？尚Φ睦印?。
薛定諤的貓，是死是活？丨/
然而，量子力學(xué)的支持者堅(jiān)持認(rèn)為，雖然貓不能處于“死與活”的疊加狀態(tài)，但粒子確實(shí)可以。 甚至說，不僅一個(gè)粒子可以做到這一點(diǎn)，兩個(gè)或兩個(gè)以上粒子也可以，并且在某些情況下它們還可以糾纏在一起。
只要滿足一定的條件，兩個(gè)粒子作為一個(gè)整體可以同時(shí)處于疊加態(tài)，而粒子不能被分開單獨(dú)看（用更物理的語言來說，兩個(gè)以上粒子的狀態(tài)不能寫成單粒子態(tài)的多重直積）。
例如，存在一種糾纏態(tài)，只要沒有外界干擾，當(dāng)粒子A處于狀態(tài)0時(shí)，粒子B必然處于狀態(tài)1； 而當(dāng)粒子A處于狀態(tài)1時(shí)，粒子B必然處于狀態(tài)0?；蛘哂靡粋€(gè)更形象的比喻：
如果粒子貓死了，粒子狗一定活；
如果粒子貓活著，粒子狗就必須死！
為什么我們一定要戰(zhàn)斗到死？ |
多個(gè)粒子之間的這種奇怪的聯(lián)系就是量子糾纏。
愛因斯坦：我也不相信量子糾纏
當(dāng)時(shí)一直反對(duì)量子力學(xué)的愛因斯坦將這種聯(lián)系稱為“幽靈般的超距作用”（at a）。 在他看來，如果量子力學(xué)理論允許這種現(xiàn)象存在，那就真的大錯(cuò)特錯(cuò)了。 要么現(xiàn)有理論需要修改，要么量子力學(xué)是錯(cuò)誤的。 （用物理學(xué)的語言來說，量子力學(xué)理論是“不完整的”。）
為了反駁，他與另外兩位物理學(xué)家鮑里斯·波多爾斯基（Boris ）和內(nèi)森·羅森（ Rosen）寫了一篇論文，提出了一個(gè)原理。 該原理假設(shè)空間中任何相互作用的速度不應(yīng)超過光速。 然而，量子糾纏，一種遠(yuǎn)距離相互作用2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)量子糾纏是誰，違反了這一原理，表明量子力學(xué)是不完整的。 這就是著名的EPR悖論。
ERP悖論是三位科學(xué)家姓氏的首字母。
量子力學(xué)的支持者暫時(shí)對(duì)愛因斯坦無能為力。 EPR悖論被設(shè)計(jì)為一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)很難用實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來反駁它。
幸運(yùn)的是，29年后，一位名叫約翰·貝爾的物理學(xué)家出現(xiàn)了。 他提出了一個(gè)不等式。 如果能夠證明這種不等式在量子世界中成立，那么愛因斯坦是對(duì)的，量子力學(xué)是不完備的； 如果它不成立，那么量子力學(xué)就贏了。 這個(gè)不等式后來被稱為貝爾不等式。
貝爾不等式提出后，物理學(xué)家們歡呼雀躍——他們終于可以用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而不是言語來證明愛因斯坦是對(duì)還是錯(cuò)了。
讓實(shí)驗(yàn)說話。
輪到諾貝爾獎(jiǎng)獲得者了
至此，我們的三位新諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主終于登場(chǎng)了。
第一個(gè)出現(xiàn)的人是約翰·克勞瑟（John ），他建造了一臺(tái)精巧的儀器，可以同時(shí)發(fā)射兩個(gè)糾纏的光子，并最終通過實(shí)驗(yàn)得到了明顯違反貝爾不等式的結(jié)果。
然而，克勞澤的實(shí)驗(yàn)被發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)特殊的實(shí)驗(yàn)漏洞（定位漏洞），缺乏說服力。 幸運(yùn)的是，當(dāng)時(shí)還是博士生的阿蘭·阿斯珀（Alain Asper）在克勞瑟的基礎(chǔ)上改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置。 修復(fù)漏洞后，他發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有改變：貝爾不等式在量子世界不成立！
年輕的克勞瑟
此后，無數(shù)物理學(xué)家繼續(xù)努力改進(jìn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 安東·塞林格（Anton ）是其中的重要成員。 他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)最終彌補(bǔ)了隨機(jī)性等漏洞，給出了貝爾的量子力學(xué)違規(guī)。 不平等的決定性證明。
塞林格的貢獻(xiàn)不僅限于貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 他還發(fā)現(xiàn)糾纏量子態(tài)具有存儲(chǔ)、傳輸和處理信息的潛力，將量子糾纏從理論推向了應(yīng)用。
安東·塞林格獲獎(jiǎng)后，還感謝了100多名與他一起工作過的年輕人｜
面對(duì)愛因斯坦的質(zhì)疑，幾十年后，從克勞瑟到阿斯珀到塞林格的一代代物理學(xué)家終于用確鑿的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了量子糾纏的存在，勝利屬于量子力學(xué)。 。
兩個(gè)粒子之間的奇怪聯(lián)系，
為什么不是兩個(gè)人之間的糾葛？
說了這么多，很多人可能會(huì)把量子糾纏和愛情聯(lián)系起來——量子糾纏不就是“心靈之間的清晰聯(lián)系”嗎？
如果你還記得的話，之前有人將愛情比作量子糾纏
確實(shí)，這種跨越空間的聯(lián)系聽起來很浪漫，用它來比喻愛情也是可以理解的。 我們無從得知對(duì)方看到這個(gè)比喻時(shí)作何感想，但站在我們的立場(chǎng)上，還是要友情提醒一下2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)量子糾纏是誰，如果你也想效仿這個(gè)比喻，它有幾個(gè)隱患：
首先，量子糾纏是微觀粒子之間的聯(lián)系。 雖然從原理上講，較大的宏觀物體發(fā)生糾纏也不是不可能，但基本上會(huì)在千億萬億秒之內(nèi)得到解決。 這件事的寓意不太好——即使糾纏等于愛情，也是轉(zhuǎn)瞬即逝的。
其次，量子糾纏不限于兩個(gè)粒子。 它可以涉及三個(gè)或更多粒子，并且每個(gè)粒子都會(huì)影響其他粒子。 同樣，雖然每個(gè)人心中都有理想的愛情，但這件事對(duì)于很多人來說并沒有什么好的意義……
第三，量子糾纏只說明了粒子之間存在聯(lián)系，但沒有具體說明是何種聯(lián)系。 當(dāng)然，兩個(gè)粒子狀態(tài)可以始終相同，但它們也可以例如始終處于相反狀態(tài)。 如果親密關(guān)系中的雙方總是朝相反的方向努力，可能會(huì)有點(diǎn)尷尬。
第四，量子糾纏是一種非常脆弱的關(guān)系。 畢竟，量子疊加態(tài)本身是非常脆弱的：只要看一眼就能知道貓是死是活，而一束光子可以確定粒子的狀態(tài)，同時(shí)將其打破。 很糾結(jié)啊因此，在實(shí)踐中創(chuàng)建量子糾纏態(tài)時(shí)必須非常小心。 如果愛情關(guān)系是這樣的話，那就真的會(huì)死在光天化日之下。
所以，情話歸情話，物質(zhì)的東西歸物理。 戀愛時(shí)說什么并不重要，但在公共場(chǎng)合使用隱喻時(shí)要小心。 如果對(duì)方不領(lǐng)情，鉆出的漏洞不是甜蜜而是尷尬。
人工智能
提出“貝爾不等式”的貝爾于1990年去世，享年62歲。
可惜我沒有等到這個(gè)物理獎(jiǎng)。
