盡管量子糾纏這些“幽靈般的超距作用”的確存在,但我們卻未能借助它來實現星際超光速通訊。
太陽帆探尋遙遠的行星或星體系統的概念圖
幾個月前,億萬富豪Yuri和天體化學學家共同宣布了計劃,這個極富雄心的計劃要把第一艘人造宇宙飛船發射到銀河系的另一個星體系統。其實用一個巨大的激光陣列將一個質量很小、僅有微型芯片大小的宇宙飛船以20%光速發射到另一個星球是可行的,并且我們還不清楚像這樣一個動力不足的小設備怎么能跨越巨大的星際空間與月球通訊。有人提出了這樣的構想:其實可以用量子糾纏來通訊?
這其實值得考慮。讓我們瞧瞧這個看法。
想像你有兩枚硬幣,每一枚都可翻轉為正面或反面。你拿著一枚我拿著一枚,我們彼此距離十分遠。我們在空中投擲它們量子糾纏 通訊,接住,拍在椅子上。當我們拿開手查看結果時,我們預期各自聽到“正面”的機會是50/50,我們各自得到“背面”的機會也是50/50。在普通的非糾纏宇宙中,你的結果和我的結果完全互相獨立:假如你得到了一個“正面”結果,我的硬幣顯示為“正面”或“背面”仍然是50/50.并且在一些情況下,這種結果會互相糾纏,也就是說,假如我們做這個實驗,而你得到了“正面”結果,你會100%肯定我的硬幣會顯示為“背面”,在我告訴你之前。你會頓時就曉得,雖然我們相隔數光年并且連一秒鐘都還沒有過去。
在量子化學中,我們一般糾纏的不是硬幣而是獨立的粒子,比如電子或光子,其中,比如,每位光子載流子+1或-1。假如你檢測它們中一個的載流子,你頓時就曉得另外一個的載流子,雖然它越過了半個宇宙。在你檢測任一個粒子的載流子前,它們都以不確定狀態存在;并且一旦你檢測了其中一個,三者就都立即知曉了。我們早已在月球上做了一個實驗,實驗中我們將兩個糾纏光子分開好多千米,在數毫秒的間隔公測量它們的載流子。我們發覺,假如檢測發覺它們其中一個載流子是+1,我們知曉另一個是-1的速率起碼比以光速進行通訊快10000倍。
創造兩個糾纏的光子,并將它們分開很遠,我們可以通過檢測其中一個的狀態來獲知關于另一個的信息。圖片來源:
如今回到的問題:我們可以借助該特點——量子糾纏實現從遙遠星體系統到我們的通訊嗎?回答是肯定的,假如你覺得從遙遠的地方進行檢測也算是一種“通信”的話。并且,當你提及通訊時,一般是想要曉得你的目標的情況。諸如,你可以讓一個糾纏粒子保持著不確定狀態,搭載到抵達近來星體的宇宙飛船上,之后命令飛船在哪個星體的宜居帶找尋巖石行星的蹤跡。假如找到了,就進行一次檢測使所攜帶的粒子處于+1態,假如沒有找到,就進行一次檢測使所攜帶的粒子處于-1態。
為此,你猜想,當飛船進行檢測時,留在月球上的粒子會呈現為-1態,因而告知知你宇宙飛船在宜居帶發覺了一顆巖石行星,或則是-1態,告訴你宇宙飛船還沒有發覺行星。假如你曉得飛船早已進行了檢測,你應當可以自己檢測留在月球上的粒子,并立刻曉得另一個粒子的狀態,雖然它遠在許多光年外。
這是一個聰明的計劃,并且有一個問題:只有你尋問一個粒子“你處于哪些狀態?”糾纏才起作用。假如你促使一個糾纏態粒子成為一種特殊的狀態,你就破壞了糾纏,你在月球上做的檢測與在遙遠星體旁做的檢測就完全獨立了。若果只是檢測出遠處的粒子的狀態是+1或-1,這么你在月球上的檢測結果就肯定是-1或+1(分別),因而告訴你遠在數光年外的粒子的信息。并且促使遠處的粒子為為+1或-1,那就意味著,不管結果怎樣,你在月球上的粒子有50/50的機會是+1或-1,和若干光年外的粒子再沒有關系。
這是量子化學最令人困擾的一點:當你曉得曉得系統完整狀態并對系統的其余部份進行檢測時,可以通過糾纏獲取系統某一個部份的信息,并且不能從糾纏系統的某個部份創建并發送信息到另一部份。雖然這個看法很聰明,但超光速通訊仍然是不可能實現的。
量子糾纏是一種美妙的性質,我們可以將其用于許多方面,比如終極秘鑰安全系統。并且超光速通訊?要理解為何這是不可能,要求我們理解量子化學的關鍵特點:促使糾纏系統的一部分成為一種狀態或另一種狀態,不能讓你通過檢測系統的其它部份得到信息。正如尼爾斯·波爾以前說過的那句格言:
假如量子熱學沒有驚艷到你,你一定還沒有理解它。
宇宙仍然在和我們拋色子量子糾纏 通訊,這使愛因斯坦非常沮喪。并且雖然我們盡最大努力在游戲中作弊,也會被自然本身挫敗。只要裁判仍然與量子化學定理保持一致!(來源:《科學日本人》中文版《環球科學》)
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