根本不存在無限大的物質(zhì)，而量子糾纏這些超光速現(xiàn)象并不存在傳播介質(zhì)，沒有傳播介質(zhì)就證明：在量子糾纏的超光速作用中，并沒有實(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
比光還快一萬倍
量子互相作用發(fā)生的速率有多快？比光還快一萬倍。
這就是由中國科學(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”。無論對光子A進(jìn)行何種檢測，光子B總是相反的。在檢測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，由于直至你打開信封，說出它是哪張牌沒有任何意義;可能是其中之一。”這就是阿爾伯特·愛因斯坦所說的“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，先前的實(shí)驗(yàn)存在“局部漏洞”，這是另一種說法，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，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)相對平緩，起碼相對于光束而言。
盡管結(jié)果聽上去像是一種發(fā)送超光速信息的方式，但事實(shí)并非這么，由于在檢測之前您未能曉得糾纏光子對的狀態(tài);所以沒有辦法控制它，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。
這種類型的實(shí)驗(yàn)曾經(jīng)早已完成過，非常是由一個(gè)法國團(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。
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），也不清楚滯后對量子化學(xué)學(xué)來說是否意味著哪些。這是由于對于量子現(xiàn)象為何以它們的形式發(fā)生，有幾種解釋，而且都同樣挺好地解釋了實(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)禁此類發(fā)覺。但瞧瞧限制是哪些是有用的——澄清我們所說的“瞬時(shí)”是哪些意思。
有一種化學(xué)學(xué)系，人們會(huì)說它必須是瞬時(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·愛因斯坦，他稱之為“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。
通過某種類型的晶體發(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，無論距離怎么。一項(xiàng)擬議的實(shí)驗(yàn)將把糾纏對的一個(gè)光子發(fā)送到軌道上的國際空間站，距離約為310英里（500公里）。這將是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試的最大距離。
02
量子的速率具體是多少？
一個(gè)由我國化學(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，這個(gè)團(tuán)隊(duì)檢測了量子糾纏的速率——愛因斯坦稱之為“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;互相作用的類型是這樣的，一對的每位結(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">Gtb物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
其實(shí)，這違背了相對論，由于沒有哪些能比光速傳播得更快。目前，相對論是明晰的，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，越來越多的化學(xué)學(xué)家相信，我們將通過巧妙地借助量子糾纏來實(shí)現(xiàn)超光速的通訊。
為了得到這個(gè)檢測結(jié)果，我國化學(xué)學(xué)家糾纏成對的光子，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)過程超過12小時(shí)，以幫助確保檢測的確切性。
這么她們的結(jié)果是哪些呢？研究小組回去說，量子糾纏以每秒約3萬億米的速率傳輸信息，比光快四個(gè)數(shù)目級。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。
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)家們早已曉得糾纏背后的理論很長一段時(shí)間了，但證明這很困難，由于量子態(tài)很容易被來自環(huán)境的許多干擾所破壞。
為了證明這一理論，來自加洲理工大學(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%。保真度是指來自兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的量子比特訊號的相像性。
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
用最簡單的術(shù)語來說，量子糾纏意味著糾纏對中的一個(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)你檢測糾纏對中的一個(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。愛因斯坦將這些現(xiàn)象稱為“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)家開始接受它的奇怪之處。但是，直至1970年代，研究人員一直對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——誰敢抨擊偉大的愛因斯坦，而愛因斯坦自己也對此表示懷疑？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，許多粒子具有稱為載流子的屬性，對于剖析儀的給定方向，該屬性被檢測為“向上”或“向下”。并且，在你檢測粒子的載流子之前，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中預(yù)測平均結(jié)果。單個(gè)檢測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)的簡化版本，歸因于大衛(wèi)·博姆，考慮了一種稱作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，假如檢測電子載流子向下，這么正電子的檢測載流子只能向上，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總是向下，而正電子的檢測載流子總是向上，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之前都是向下和向上的。只有當(dāng)檢測發(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某種比光速更快的方法相互通信。但按照化學(xué)定理，沒有哪些能比光速更快。其實(shí)，一個(gè)粒子的檢測狀態(tài)不能立刻確定宇宙遠(yuǎn)端另一個(gè)粒子的狀態(tài)嗎？
包括愛因斯坦在內(nèi)的化學(xué)學(xué)家在1930年代對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)-被稱為隱藏變量-在檢測之前決定了粒子的狀態(tài)。但當(dāng)時(shí)，數(shù)學(xué)學(xué)家沒有技術(shù)，也沒有明晰的檢測定義來測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索。約翰·貝爾（JohnBell）是一位才氣橫溢的德國化學(xué)學(xué)家，他沒有活著獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)劃來測試隱變量的概念是否有意義。
貝爾提出了一個(gè)如今被稱為貝爾不方程的多項(xiàng)式，對于隱變量理論，它總是正確的——而且只有正確的，而對于量子熱學(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)覺貝爾多項(xiàng)式不滿足，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，與狹義相對論也沒有沖突，狹義相對論嚴(yán)禁超光速通訊。遠(yuǎn)距離檢測結(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)的兩方對糾纏粒子進(jìn)行檢測，不能借助這些現(xiàn)象以超過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)可以以令人無法置信的精度預(yù)測檢測的機(jī)率，但許多研究人員一直懷疑它是否提供了對現(xiàn)實(shí)的完整描述。不過，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要說。
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·愛因斯坦稱之為“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)促使宣稱隱藏變量-科學(xué)家仍未夢想的變量-解釋粒子的奇怪行為顯得愈發(fā)困難。