相信好多人都據(jù)說(shuō)過(guò)量子糾纏，可謂量子世界最奇特的現(xiàn)象，甚至沒有之一，也是這個(gè)世界上最奇妙的事情。事實(shí)上量子糾纏也很美，但是，越了解量子糾纏，都會(huì)發(fā)覺它越美。
這么，哪些是量子糾纏呢？
數(shù)學(xué)學(xué)是這樣定義的：當(dāng)多個(gè)粒子發(fā)生作用然后，單個(gè)粒子擁有的特點(diǎn)會(huì)綜合成為整體屬性，于是就難以描述單個(gè)粒子的性質(zhì)，只能描述整體性質(zhì)。
量子糾纏現(xiàn)象只會(huì)發(fā)生在量子世界里，在宏觀世界是沒有這些現(xiàn)象的。
假如我們檢測(cè)糾纏中粒子的個(gè)別化學(xué)屬性，例如說(shuō)動(dòng)量，位置，載流子等，其他粒子都會(huì)出現(xiàn)關(guān)聯(lián)現(xiàn)象。
舉個(gè)事例，我們假定一個(gè)零載流子的粒子，衰變?yōu)閮蓚€(gè)粒子，這兩個(gè)粒子以相反方向聯(lián)通分離。假如我們檢測(cè)其中一個(gè)粒子，發(fā)覺載流子方向?yàn)樯闲@么另一個(gè)粒子的載流子方向必將是下旋。反之亦然。
還有一點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)看似矛盾的現(xiàn)象：當(dāng)我們檢測(cè)其中一個(gè)粒午時(shí)，另一個(gè)粒子似乎早就曉得了我們要檢測(cè)，但是曉得檢測(cè)結(jié)果，頓時(shí)作出相應(yīng)的改變來(lái)呼應(yīng)檢測(cè)的粒子。科學(xué)家并沒有發(fā)覺任何信息傳遞的機(jī)制，但是不管兩個(gè)粒子相距多遠(yuǎn)，哪怕數(shù)光年之外，也能頓時(shí)感應(yīng)到對(duì)方。
怎樣理解量子糾纏這些看似不合理的現(xiàn)象呢？首先我們須要明白幾點(diǎn)。
第一，量子糾纏只會(huì)發(fā)生在量子世界，在我們的宏觀世界里是不會(huì)出現(xiàn)的。至少目前科學(xué)家們并沒有在宏觀世界里發(fā)覺量子糾纏現(xiàn)象。
第二，量子糾纏必須發(fā)生在兩個(gè)或兩個(gè)以上的量子系統(tǒng)里，系統(tǒng)就代表著整體量子通訊技術(shù)，也就是說(shuō)，我們只要提到量子糾纏，一定是一個(gè)整體。
第三，就是好多人關(guān)心的距離問(wèn)題。理論上量子糾纏的距離不受限制量子通訊技術(shù)，也就是說(shuō)可以很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)。但實(shí)際上很難做到這點(diǎn)，由于糾纏中的粒子遭到任何方式的擾動(dòng)，就會(huì)讓糾纏態(tài)消失，而擾動(dòng)本身就相當(dāng)于觀察。而宇宙中飽含了各類物質(zhì)和能量，它們都可能會(huì)“觀測(cè)”糾纏中的粒子。
科學(xué)家們以前做過(guò)好多量子糾纏的實(shí)驗(yàn)。譬如說(shuō)，我國(guó)知名科學(xué)家潘建偉，早在2005年就率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)做過(guò)量子糾纏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)是安徽，在相距13公里的自由空間里驗(yàn)證了量子糾纏的可行性。
2007年，復(fù)旦學(xué)院和中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院聯(lián)合進(jìn)行了自由空間量子信道實(shí)驗(yàn)，寬度達(dá)到了16公里。而五年后的2009年，總算實(shí)現(xiàn)了世界最遠(yuǎn)距離的量子隱形態(tài)傳輸。同時(shí)也驗(yàn)證了這些隱形態(tài)傳輸可以穿越大氣層，這個(gè)發(fā)覺為未來(lái)的全球化量子通訊網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
研究成果發(fā)表在知名刊物《自然》上，造成了很大關(guān)注。
不過(guò)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，量子隱形態(tài)傳輸?shù)木嚯x要求是很高的，現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，從實(shí)驗(yàn)的距離13公里和16公里才能看下來(lái)。現(xiàn)實(shí)中要讓兩個(gè)相距數(shù)光年遠(yuǎn)的粒子發(fā)生糾纏，幾乎不可能。
只有排除所有的干擾，能夠讓相距很遠(yuǎn)的粒子發(fā)生糾纏，否則任何干擾就會(huì)讓量子糾纏太解除，而現(xiàn)實(shí)中我們根本沒法排除所有的干擾。
所以，量子糾纏發(fā)生的系統(tǒng)雖然會(huì)遭到很大限制，不是隨意才能出現(xiàn)量子糾纏。例如說(shuō)，你我二人分別拿一個(gè)手探照燈，打開手探照燈然后，光子之前就互相糾纏了，這些看法太簡(jiǎn)單了，是不可能的。
不過(guò)，隨著人類科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家早已能讓距離更遠(yuǎn)的粒子依然保持糾纏狀態(tài)。例如說(shuō)，在2017年，我國(guó)的墨子號(hào)量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星首次做到了這一點(diǎn)：把糾纏中的光子分發(fā)到相距1200公里以后，仍能保持量子糾纏的狀態(tài)。
見到這兒，你可能有好多疑惑：相距1200公里也能保持量子糾纏狀態(tài)，是不是表明光子超光速了，莫非相對(duì)論錯(cuò)了嗎？該怎么理解量子糾纏中的“超光速”現(xiàn)象呢？
還有，基于量子糾纏而創(chuàng)建的量子密碼學(xué)為何會(huì)這么安全，究竟是怎樣運(yùn)作的呢？
首先，量子糾纏看上去似乎是超光速了，但顯然并不是真正意義上的超光速，并沒有違背相對(duì)論，由于量子糾纏過(guò)程中并沒有傳遞任何信息。
可以如此淺顯理解量子糾纏：糾纏中的粒子表現(xiàn)下來(lái)的是整體性質(zhì)，也就是說(shuō)它們是在一個(gè)波函數(shù)下的狀態(tài)，而理論上波函數(shù)可以覆蓋任何地方，甚至是全宇宙，這么一來(lái)就和距離沒有關(guān)系了。
用一種宏觀現(xiàn)象去理解量子糾纏的狀態(tài)，就是“蹺蹺板”。例如說(shuō)，你和我一起玩蹺蹺板，當(dāng)我們二人坐在蹺蹺板上時(shí)，就有了“糾纏”的關(guān)聯(lián)狀態(tài)。你向上，我必然都會(huì)向下，反之亦然。
你我之間的作用是超距或則說(shuō)是超光速完成的嗎？并不是，由于你和我早已屬于一個(gè)整體，與我們之間的距離無(wú)關(guān)。
還有一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題：量子糾纏的本質(zhì)究竟是哪些，也就是說(shuō)，量子之間為何會(huì)發(fā)生糾纏？
開頭也說(shuō)了，量子糾纏描述的是一個(gè)系統(tǒng)的整體屬性，整體系統(tǒng)是由幾個(gè)糾纏中的子系統(tǒng)組成的，整體系統(tǒng)具有個(gè)別化學(xué)性質(zhì)，而子系統(tǒng)并不能擅自擁有這些化學(xué)性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)。
也就是說(shuō)，整體性質(zhì)具有“不可分性”。這些不可分性與空間無(wú)關(guān)，于是我們能夠?qū)讉€(gè)子系統(tǒng)分開，相距很遠(yuǎn)也能彰顯出糾纏的特點(diǎn)。
這如同剛剛所說(shuō)的“蹺蹺板”，蹺蹺板就是一個(gè)整體系統(tǒng)，我們只能描述蹺蹺板的整體系統(tǒng)，蹺蹺板上的你和我不管相距多遠(yuǎn)，都有關(guān)聯(lián)性，你和我都不能擁有自己獨(dú)立的化學(xué)屬性。
這么，量子糾纏的系統(tǒng)究竟是哪些呢？應(yīng)當(dāng)是一種場(chǎng)，確切來(lái)講，是電磁場(chǎng)，這也是量子糾纏的機(jī)制。
宇宙中飽含了各類場(chǎng)，例如說(shuō)電磁場(chǎng)，而場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)就可以產(chǎn)生波，例如說(shuō)，光是一種電磁波，也可以覺得是運(yùn)動(dòng)的電磁場(chǎng)，遭到擾動(dòng)的電磁場(chǎng)。
而理論上，場(chǎng)的幅射范圍是無(wú)限遠(yuǎn)的，這也表明糾纏中的粒子雖然距離無(wú)限遠(yuǎn)，也會(huì)表現(xiàn)出糾纏態(tài)。但現(xiàn)實(shí)中很難做到這一點(diǎn)，由于場(chǎng)的硬度與距離息息相關(guān)嗎，距離越遠(yuǎn)場(chǎng)的硬度越弱。
加上量子糾纏機(jī)制本身就很敏感，隨著場(chǎng)硬度的變?nèi)酰m纏中的粒子就更容易遭到干擾，因而讓糾纏態(tài)解除。
其實(shí)，還是那句話，糾纏中的粒子是用一個(gè)波函數(shù)描述的，糾纏中的兩個(gè)或多個(gè)粒子是一個(gè)整體，我們檢測(cè)糾纏中的粒寅時(shí)，它們不能同時(shí)處于同一種狀態(tài)，所以會(huì)出現(xiàn)諸如說(shuō)一個(gè)載流子向下，一個(gè)載流子向上的情況。