根本不存在無(wú)限大的物質(zhì)，而量子糾纏這些超光速現(xiàn)象并不存在傳播介質(zhì)，沒(méi)有傳播介質(zhì)就證明：在量子糾纏的超光速作用中，并沒(méi)有實(shí)在的物質(zhì)發(fā)生了超光速運(yùn)動(dòng)，也難以承載信息和能量
01
比光還快一萬(wàn)倍
量子互相作用發(fā)生的速率有多快？比光還快一萬(wàn)倍。
這就是由中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一組化學(xué)學(xué)家在一項(xiàng)涉及糾纏光子的實(shí)驗(yàn)中發(fā)覺(jué)的，該實(shí)驗(yàn)涉及糾纏光子，或則雖然相隔很遠(yuǎn)的距離，它們依然保持密切聯(lián)系。她們想瞧瞧假如你試著給愛(ài)因斯坦所謂的“遠(yuǎn)距離的幽靈動(dòng)作”分配速率會(huì)發(fā)生哪些。
量子化學(xué)學(xué)家早就曉得，在兩個(gè)粒子（比如光子）互相作用后，它們有時(shí)會(huì)顯得“糾纏”。這些實(shí)驗(yàn)早已重復(fù)了好多次，涉及取兩個(gè)糾纏的光子并將它們發(fā)送到不同的地方。其實(shí)光子A去了紐約，光子B去了波士頓。
當(dāng)觀察到光子A時(shí)，它具有一定的偏振光，其實(shí)是“向上”。波士頓的另一個(gè)光子總是處于相反的偏振光，“向下”。無(wú)論對(duì)光子A進(jìn)行何種檢測(cè)，光子B總是相反的。在檢測(cè)之前不可能曉得偏振光會(huì)是哪些，但糾纏的光子雖然總是“知道”正確的狀態(tài)。
正如聯(lián)合大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)助理院長(zhǎng)蓋瑞所解釋的那樣，“就似乎你把兩張卡片寄到了兩個(gè)不同的地址。一個(gè)可能是磚石杰克，另一個(gè)可能是紅心王牌。當(dāng)您在一個(gè)地址獲得卡時(shí)，您曉得那個(gè)地址去了另一個(gè)地址。量子熱學(xué)很奇怪，由于直至你打開(kāi)信封，說(shuō)出它是哪張牌沒(méi)有任何意義;可能是其中之一。”這就是阿爾伯特·愛(ài)因斯坦所說(shuō)的“幽靈般的遠(yuǎn)距離行動(dòng)”。光子狀態(tài)之間的相關(guān)性其實(shí)是頓時(shí)發(fā)生的。但“瞬時(shí)”到底是哪些意思？
為此，研究人員糾纏了兩個(gè)光子，并將它們發(fā)送到相距約10英里的兩個(gè)不同站點(diǎn)。在她們的ArXiv論文中，科學(xué)家們說(shuō)，先前的實(shí)驗(yàn)存在“局部漏洞”，這是另一種說(shuō)法，即有可能解釋光子與“遠(yuǎn)距離作用”以外的其他東西之間的聯(lián)系。
該小組檢測(cè)了一個(gè)光子的狀態(tài)，并計(jì)時(shí)糾纏狀態(tài)在另一個(gè)光子中出現(xiàn)所需的時(shí)間。她們發(fā)覺(jué)，量子互相作用最慢的速率是光速的10，000倍-假定你的實(shí)驗(yàn)相對(duì)平緩，起碼相對(duì)于光束而言。
盡管結(jié)果聽(tīng)上去像是一種發(fā)送超光速信息的方式，但事實(shí)并非這么，由于在檢測(cè)之前您未能曉得糾纏光子對(duì)的狀態(tài);所以沒(méi)有辦法控制它，讓另一端的光子呈現(xiàn)出個(gè)別狀態(tài)，并像摩爾斯電報(bào)一樣使用它。
這種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)曾經(jīng)早已完成過(guò)，非常是由一個(gè)法國(guó)團(tuán)隊(duì)在2008年完成。這么為何要再做一次呢？比如，進(jìn)行許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)是為了更仔細(xì)地檢測(cè)等式中使用的常數(shù)值，繼而可以在其他領(lǐng)域進(jìn)行更精確的檢測(cè)。
雖然事實(shí)證明光子的狀態(tài)須要一些時(shí)間能夠改變（這意味著它不是瞬時(shí)的），也不清楚滯后對(duì)量子化學(xué)學(xué)來(lái)說(shuō)是否意味著哪些。這是由于對(duì)于量子現(xiàn)象為何以它們的形式發(fā)生，有幾種解釋?zhuān)叶纪瑯油玫亟忉屃藢?shí)驗(yàn)結(jié)果。化學(xué)學(xué)家甚至不確定是否有一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以分辨。
任何人都不太可能獲得這些量子互相作用速率的“精確”值，事實(shí)上，現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)原則上嚴(yán)禁此類(lèi)發(fā)覺(jué)。但瞧瞧限制是哪些是有用的——澄清我們所說(shuō)的“瞬時(shí)”是哪些意思。
有一種化學(xué)學(xué)系，人們會(huì)說(shuō)它必須是瞬時(shí)的-事實(shí)上，假若它比光快，它必須是瞬時(shí)的。所以假如你能給它一個(gè)限制，那就太酷了。
在量子化學(xué)學(xué)中，糾纏粒子保持聯(lián)接，因而對(duì)一個(gè)粒子執(zhí)行的動(dòng)作會(huì)影響另一個(gè)粒子，雖然相隔很遠(yuǎn)。這些現(xiàn)象羞辱了阿爾伯特·愛(ài)因斯坦，他稱(chēng)之為“遠(yuǎn)距離的幽靈行動(dòng)”。
量子化學(xué)學(xué)的規(guī)則強(qiáng)調(diào)，未觀察到的光子同時(shí)存在于所有可能的狀態(tài)中量子傳輸速度，但在觀察或檢測(cè)時(shí)量子傳輸速度，只表現(xiàn)出一種狀態(tài)。載流子在這兒被描述為旋轉(zhuǎn)軸，但實(shí)際粒子不會(huì)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一對(duì)粒子（比如光子）發(fā)生化學(xué)互相作用時(shí)，才會(huì)發(fā)生糾纏。
通過(guò)某種類(lèi)型的晶體發(fā)射的激光束會(huì)造成單個(gè)光子分裂成成對(duì)糾纏的光子。光子可以相隔很遠(yuǎn)的距離，數(shù)百英里甚至更多。當(dāng)觀察到時(shí)，光子A呈現(xiàn)出上旋狀態(tài)。糾纏光子B其實(shí)現(xiàn)今很遠(yuǎn)，但相對(duì)于光子A的狀態(tài)（在這些情況下，是下旋狀態(tài)）。
光子A和光子B之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)移以起碼10，000倍光速的速率發(fā)生，甚至可能是頓時(shí)發(fā)生的，無(wú)論距離怎么。一項(xiàng)擬議的實(shí)驗(yàn)將把糾纏對(duì)的一個(gè)光子發(fā)送到軌道上的國(guó)際空間站，距離約為310英里（500公里）。這將是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的最大距離。
02
量子的速率具體是多少？
一個(gè)由我國(guó)化學(xué)學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)正在量子熱學(xué)領(lǐng)域取得一些重大進(jìn)展。近來(lái)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了量子糾纏的速率——愛(ài)因斯坦稱(chēng)之為“遠(yuǎn)距離的幽靈動(dòng)作”。總結(jié)量子糾纏，兩個(gè)或多個(gè)粒子糾纏在一起，這意味著它們共享相同的波形。
更技術(shù)性的定義是：“當(dāng)光子、電子、像巴基球一樣大的分子，甚至小磚石等粒子在數(shù)學(xué)上互相作用之后分離時(shí)，才會(huì)發(fā)生量子糾纏;互相作用的類(lèi)型是這樣的，一對(duì)的每位結(jié)果成員都由相同的量子熱學(xué)描述（狀態(tài)）正確描述，這在位置、動(dòng)量、自旋、極化等重要誘因方面是不確定的。
當(dāng)大多數(shù)人描述這個(gè)有趣的過(guò)程時(shí)，她們會(huì)將信息傳遞描述為“瞬時(shí)”或“近乎瞬時(shí)”。一些研究小組企圖檢測(cè)糾纏系統(tǒng)中信息傳輸?shù)膶?shí)際速率，但以一種或另一種方法失敗了，這一般是因?yàn)樘幚砹孔臃蔷钟蛐缘挠腥毕莸姆绞揭鸬摹?span style="display:none">vhF物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
其實(shí)，這違背了相對(duì)論，由于沒(méi)有哪些能比光速傳播得更快。目前，相對(duì)論是明晰的，由于目前還不能使用量子糾纏發(fā)送有用的數(shù)據(jù)。雖然這么，在這個(gè)領(lǐng)域也做了大量的工作，越來(lái)越多的化學(xué)學(xué)家相信，我們將通過(guò)巧妙地借助量子糾纏來(lái)實(shí)現(xiàn)超光速的通訊。
為了得到這個(gè)檢測(cè)結(jié)果，我國(guó)化學(xué)學(xué)家糾纏成對(duì)的光子，之后將其中的一半傳送到接收單元。這種接收單元名為Alice和Bob，以東西方向相距15.3公里-接收器的方向是將月球自轉(zhuǎn)的干擾降至最低，這是這些規(guī)模上的一個(gè)重要誘因。之后，研究小組觀察了糾纏對(duì)的前半部份，并等待另一半采取相同狀態(tài)的速率。她們重復(fù)這個(gè)過(guò)程超過(guò)12小時(shí)，以幫助確保檢測(cè)的確切性。
這么她們的結(jié)果是哪些呢？研究小組回去說(shuō)，量子糾纏以每秒約3萬(wàn)億米的速率傳輸信息，比光快四個(gè)數(shù)目級(jí)。這是一個(gè)較低的速率限制，這意味著當(dāng)我們搜集更精確的數(shù)據(jù)時(shí)，您可以預(yù)期該數(shù)字會(huì)變大。目前，我們的技術(shù)和技巧不夠靈敏，難以檢測(cè)這些規(guī)模的速率。
03
用量子傳遞信息？
日本宇航局的科學(xué)家做了不可能的事情：量子隱型傳態(tài)。日本宇航局的科學(xué)家首次借助量子糾纏將儲(chǔ)存在粒子中的信息傳送到很遠(yuǎn)的距離。量子信息單位的即時(shí)傳輸，稱(chēng)為量子比特，立刻傳送了44公里的距離。
這一創(chuàng)舉是量子化學(xué)學(xué)和應(yīng)用熱學(xué)的結(jié)合，在通訊領(lǐng)域有著十分有前途的應(yīng)用，尤其是在互聯(lián)網(wǎng)上。想像一下，頓時(shí)立刻下載數(shù)TB的數(shù)據(jù)，或則快速下載整個(gè)漫威影片庫(kù)。
量子糾纏是一種現(xiàn)象，其中兩個(gè)粒子在很遠(yuǎn)的距離上聯(lián)接在一起，致使引入一個(gè)粒子的信息在完全相同的時(shí)刻被另一個(gè)粒子完全共享。科學(xué)家們?cè)缫褧缘眉m纏背后的理論很長(zhǎng)一段時(shí)間了，但證明這很困難，由于量子態(tài)很容易被來(lái)自環(huán)境的許多干擾所破壞。
為了證明這一理論，來(lái)自加洲理工大學(xué)，加拿大宇航局和費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室（費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室）的研究人員在彼此相距44公里的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間建立了一個(gè)奇特的系統(tǒng)。
“系統(tǒng)”由三個(gè)互相反應(yīng)的節(jié)點(diǎn)組成，觸發(fā)一系列量子比特。這種量子比特立正式訊號(hào)從一個(gè)實(shí)驗(yàn)室傳遞到另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。按照發(fā)表在PrX上的論文，隱型傳態(tài)比光速更快，保真度為90%。保真度是指來(lái)自?xún)蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)室的量子比特訊號(hào)的相像性。
這些高保真度很重要，非常是在致力聯(lián)接先進(jìn)量子設(shè)備（包括量子傳感）的量子網(wǎng)路的情況下。假如技術(shù)和硬件迎面趕上，很快還會(huì)擁有比光速更快的互聯(lián)網(wǎng)。但就目前而言，始終必須忍受服務(wù)提供商的缺點(diǎn)。
04
神秘的量子糾纏
用最簡(jiǎn)單的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，量子糾纏意味著糾纏對(duì)中的一個(gè)粒子的各個(gè)方面取決于另一個(gè)粒子的各個(gè)方面，無(wú)論它們相距多遠(yuǎn)或它們之間有哪些。諸如，這種粒子可以是電子或光子，一個(gè)方面可以是它所處的狀態(tài)，比如它是否在一個(gè)方向或另一個(gè)方向上“旋轉(zhuǎn)”。
量子糾纏的奇怪之處在于，當(dāng)你檢測(cè)糾纏對(duì)中的一個(gè)粒午時(shí)，你會(huì)立刻曉得另一個(gè)粒子的一些東西，雖然它們相距數(shù)百萬(wàn)光年。兩個(gè)粒子之間的這些奇怪的聯(lián)系是頓時(shí)的，雖然打破了宇宙的基本定理。愛(ài)因斯坦將這些現(xiàn)象稱(chēng)為“遠(yuǎn)距離的幽靈行動(dòng)”。
在花了二六年的大部分時(shí)間進(jìn)行扎根于量子熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)以后，科學(xué)家開(kāi)始接受它的奇怪之處。但是，直至1970年代，研究人員一直對(duì)量子糾纏是否是一種真實(shí)現(xiàn)象存在分歧。并且有充分的理由——誰(shuí)敢抨擊偉大的愛(ài)因斯坦，而愛(ài)因斯坦自己也對(duì)此表示懷疑？直至新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和大膽的研究人員的發(fā)展，總算揭露了這個(gè)懸案。
要真正理解量子糾纏的奇特性，首先要了解量子疊加。量子疊加是粒子同時(shí)以多種狀態(tài)存在的看法。當(dāng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，就好象粒子選擇了疊加態(tài)中的一種狀態(tài)。
比如，許多粒子具有稱(chēng)為載流子的屬性，對(duì)于剖析儀的給定方向，該屬性被檢測(cè)為“向上”或“向下”。并且，在你檢測(cè)粒子的載流子之前，它同時(shí)存在于向下載流子和向上載流子的疊加態(tài)中。每位狀態(tài)都有一個(gè)機(jī)率，但是可以從許多檢測(cè)中預(yù)測(cè)平均結(jié)果。單個(gè)檢測(cè)值上升或升高的可能性取決于這些機(jī)率，但本身是不可預(yù)測(cè)的。
其實(shí)很奇怪，但物理和大量實(shí)驗(yàn)表明，量子熱學(xué)正確地描述了數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)。量子糾纏的奇特性緣于量子疊加的現(xiàn)實(shí)，但是在1920年代和1930年代發(fā)展該理論的量子熱學(xué)創(chuàng)始人很清楚。
為了創(chuàng)建糾纏粒子，你基本中將一個(gè)系統(tǒng)一分為二，其中各部份的總和是已知的。諸如，您可以將載流子為零的粒子分拆為兩個(gè)必然具有相反載流子的粒子，便于它們的總和為零。
1935年，愛(ài)因斯坦、鮑里斯·波多爾斯基和內(nèi)森·羅森發(fā)表了一篇論文，描述了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，借以說(shuō)明量子糾纏的看似荒誕，它挑戰(zhàn)了宇宙的基本定理。這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)化版本，歸因于大衛(wèi)·博姆，考慮了一種稱(chēng)作π介子的粒子的衰變。當(dāng)這個(gè)粒子衰變時(shí)，它會(huì)形成一個(gè)電子和一個(gè)正電子，它們具有相反的載流子并互相遠(yuǎn)離。為此，假如檢測(cè)電子載流子向下，這么正電子的檢測(cè)載流子只能向上，反之亦然。雖然粒子相距數(shù)十億英里，也是這么。
假如電子載流子的檢測(cè)總是向下，而正電子的檢測(cè)載流子總是向上，那就好了。并且因?yàn)榱孔訜釋W(xué)，每位粒子的載流子在被檢測(cè)之前都是向下和向上的。只有當(dāng)檢測(cè)發(fā)生時(shí)，載流子的量子態(tài)就會(huì)“坍縮”為向下或向上-頓時(shí)將另一個(gè)粒子坍縮成相反的載流子。這顯然表明粒子通過(guò)某種比光速更快的方法相互通信。但按照化學(xué)定理，沒(méi)有哪些能比光速更快。其實(shí)，一個(gè)粒子的檢測(cè)狀態(tài)不能立刻確定宇宙遠(yuǎn)端另一個(gè)粒子的狀態(tài)嗎？
包括愛(ài)因斯坦在內(nèi)的化學(xué)學(xué)家在1930年代對(duì)量子糾纏提出了許多取代解釋。她們猜想存在一些未知的性質(zhì)-被稱(chēng)為隱藏變量-在檢測(cè)之前決定了粒子的狀態(tài)。但當(dāng)時(shí)，數(shù)學(xué)學(xué)家沒(méi)有技術(shù)，也沒(méi)有明晰的檢測(cè)定義來(lái)測(cè)試量子理論是否須要更改以包含隱藏變量。
直至1960年代才有任何答案的線(xiàn)索。約翰·貝爾（JohnBell）是一位才氣橫溢的德國(guó)化學(xué)學(xué)家，他沒(méi)有活著獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)劃來(lái)測(cè)試隱變量的概念是否有意義。
貝爾提出了一個(gè)如今被稱(chēng)為貝爾不方程的多項(xiàng)式，對(duì)于隱變量理論，它總是正確的——而且只有正確的，而對(duì)于量子熱學(xué)并不總是正確的。為此，假如在現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)中發(fā)覺(jué)貝爾多項(xiàng)式不滿(mǎn)足，則可以排除局部隱變量理論作為量子糾纏的解釋。
重要的是，與狹義相對(duì)論也沒(méi)有沖突，狹義相對(duì)論嚴(yán)禁超光速通訊。遠(yuǎn)距離檢測(cè)結(jié)果互相關(guān)聯(lián)的事實(shí)并不意味著信息在粒子之間傳輸。相距甚遠(yuǎn)的兩方對(duì)糾纏粒子進(jìn)行檢測(cè)，不能借助這些現(xiàn)象以超過(guò)光速的速率傳遞信息。
化學(xué)學(xué)家繼續(xù)研究量子糾纏并研究潛在的實(shí)際應(yīng)用。雖然量子熱學(xué)可以以令人無(wú)法置信的精度預(yù)測(cè)檢測(cè)的機(jī)率，但許多研究人員一直懷疑它是否提供了對(duì)現(xiàn)實(shí)的完整描述。不過(guò)，有一點(diǎn)是肯定的。關(guān)于量子熱學(xué)的神秘世界還有好多話(huà)要說(shuō)。
糾纏粒子雖然相隔很遠(yuǎn)也能保持聯(lián)接的奇怪方法——阿爾伯特·愛(ài)因斯坦稱(chēng)之為“詭異”的現(xiàn)象——再次得到否認(rèn)，這一次清除了實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)關(guān)鍵漏洞。雖然大多數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)家如今都接受了量子熱學(xué)的奇怪定理，但這項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)促使宣稱(chēng)隱藏變量-科學(xué)家仍未夢(mèng)想的變量-解釋粒子的奇怪行為顯得愈發(fā)困難。