量子糾纏，作為量子系統(tǒng)中的獨(dú)特現(xiàn)象，其背后理論深邃復(fù)雜，即便物理學(xué)界的頂尖大師，也難以用三言兩語解釋清楚。
20 世紀(jì)，以愛因斯坦為首的經(jīng)典物理學(xué)派與 “哥本哈根派” 就量子力學(xué)的諸多問題各執(zhí)一詞。
愛因斯坦秉持經(jīng)典物理學(xué)觀念，認(rèn)為量子力學(xué)中諸如量子糾纏這類難以預(yù)測的 “詭異” 現(xiàn)象 —— 他稱之為 “鬼魅般的超距作用”，根源在于現(xiàn)有理論的不完備。他堅(jiān)信存在尚未被發(fā)現(xiàn)的深層次隱性規(guī)律，即 “隱變量”。一旦找到這些隱變量，量子世界的種種現(xiàn)象便能得到合理預(yù)測，不再顯得詭異。
愛因斯坦的那句 “上帝不會擲骰子”，正是他這一觀點(diǎn)的生動寫照。薛定諤、貝爾等科學(xué)家也站在了他這一方。
與之相對的 “哥本哈根派”，代表人物包括波爾、波恩、海森堡等，他們的理論被稱作 “哥本哈根詮釋”。
這一學(xué)派強(qiáng)調(diào)以觀測事實(shí)為依據(jù)，主張粒子的波粒二象性、不確定性原理、波函數(shù)塌縮以及量子糾纏等奇異特性，本就是量子世界的固有屬性。他們的理念更傾向于 “別去管上帝能做什么”，仿佛在暗示 “上帝真的在擲骰子”。
這場爭論中，“哥本哈根詮釋” 最終占據(jù)了上風(fēng)。
即便愛因斯坦、波爾等大師相繼離世，爭論的余音仍未消散。由于量子糾纏本身不攜帶信息，我們無從得知身處 “量子態(tài)” 的他們是否還在另一個(gè)世界繼續(xù)爭論。
值得一提的是，曾支持愛因斯坦隱變量理論的約翰?斯圖爾特?貝爾，為了證實(shí)愛因斯坦的觀點(diǎn)，提出了一個(gè)邏輯嚴(yán)密的數(shù)學(xué)不等式。按照設(shè)想，若該不等式成立，愛因斯坦的理論便將得到證實(shí)。然而，無數(shù)次實(shí)驗(yàn)結(jié)果都令貝爾失望 —— 不等式并不成立。
后續(xù)眾多科學(xué)家的驗(yàn)證，進(jìn)一步確認(rèn)了這一結(jié)果，由此否定了愛因斯坦所主張的隱變量的存在，為 “哥本哈根派” 提供了有力支持，宣告了 “哥本哈根詮釋” 的勝利。
這一系列結(jié)果表明，量子糾纏、測不準(zhǔn)定律以及波函數(shù)坍縮等現(xiàn)象，的確在微觀領(lǐng)域客觀存在。但遺憾的是，它們?yōu)楹未嬖?，至今仍是未解之謎。量子糾纏的本質(zhì)究竟是什么？粒子之間為何會產(chǎn)生糾纏？
科學(xué)界尚未形成一個(gè)完備的理論來進(jìn)行解釋。
那么，究竟什么是量子糾纏呢？
量子糾纏是量子力學(xué)中用于描述粒子特性的重要概念。當(dāng)幾個(gè)粒子相互作用后，它們原本各自的特性會消失，進(jìn)而融合為一個(gè)具有整體性質(zhì)的系統(tǒng)。
此時(shí)，人們無法單獨(dú)描述某個(gè)粒子的性質(zhì)，而只能對整個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)進(jìn)行刻畫。即便將這些粒子分隔至遙遠(yuǎn)的距離，這種整體性依然存在。從理論上來說，量子糾纏的距離可以無限遠(yuǎn)。最為神奇的是，根據(jù)不確定性原理，對粒子的測量會改變其運(yùn)動狀態(tài)，而這種改變會瞬間傳遞到與之糾纏的粒子上，無論它們相距多遠(yuǎn)。
舉例來說，假設(shè)有 A 和 B 兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子，一個(gè)左旋，一個(gè)右旋。當(dāng)把它們分置于相距甚遠(yuǎn)的兩地后，一旦對 A 粒子進(jìn)行測量，使其運(yùn)動狀態(tài)變?yōu)橛倚?，那么遠(yuǎn)在另一端的 B 粒子會立即變?yōu)樽笮环粗?，測量 B 粒子，A 粒子也會相應(yīng)發(fā)生改變。
2016 年，我國成功發(fā)射的墨子號量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，證實(shí)了處于糾纏態(tài)的兩個(gè)光子，即便被分隔 1200km，依然能保持這種糾纏特性。2019 年 7 月 12 日，英國格拉斯哥大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次拍攝到了量子糾纏的照片，并將這一成果以《貝爾非局域相互作用的成像》為題，發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》學(xué)術(shù)期刊上。
應(yīng)該如何理解量子糾纏現(xiàn)象呢？
量子糾纏的 “詭異” 特性引發(fā)了人們的諸多猜想，甚至一些神鬼玄學(xué)和迷信群體借此宣稱，最微小的粒子也具有意識，以此來解釋超距作用。然而，主流科學(xué)界認(rèn)為，量子糾纏只是粒子世界的固有屬性，是一種客觀存在，與意識毫無關(guān)聯(lián)。
目前，科學(xué)界雖然尚未完全揭示量子糾纏現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理，但主流理論歸納出了量子糾纏的三個(gè)基本特征：其一，這種現(xiàn)象僅存在于量子世界，在宏觀世界中從未出現(xiàn)，宏觀世界遵循經(jīng)典物理學(xué)理論，如愛因斯坦相對論和牛頓力學(xué)等；其二，量子糾纏并不傳遞能量和信息，因此并不違背光速最快這一原則；其三，量子糾纏的超距作用無限遠(yuǎn)這一特性，永遠(yuǎn)無法在實(shí)踐中得到證實(shí)。
為何量子糾纏現(xiàn)象僅出現(xiàn)在量子世界呢？因?yàn)樵诤暧^世界里，從未觀測到類似現(xiàn)象，宏觀世界的一切都遵循經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律。
這也意味著，試圖利用量子糾纏理論實(shí)現(xiàn)宏觀物體的超距傳輸，不過是天方夜譚。在一些科幻作品以及部分人的想象中，常?；孟虢柚孔蛹m纏的特性，將貓、人甚至宇宙飛船瞬間傳送到光年之外，這實(shí)際上脫離了量子糾纏理論的范疇。
既然量子糾纏具有超距作用，為何又不攜帶信息和能量呢？
我們可以通過一個(gè)通俗的比喻來理解：有兩姐妹分別生活在不同地方，當(dāng)姐姐生育孩子的那一刻，妹妹便自動成為小姨。這種身份的變化是瞬間發(fā)生的，無論姐妹倆相隔多遠(yuǎn)，也不受她們主觀意愿的影響。然而，在妹妹接收到相關(guān)信息之前，她并不知道這一變化。而姐姐要將這一消息傳遞給妹妹，就必須借助宏觀的信息傳遞方式，最快的方式便是通過光速傳播的電磁波，比如打電話。
至于為何無法驗(yàn)證量子糾纏超距作用無限遠(yuǎn)，是因?yàn)槿祟愑肋h(yuǎn)無法將一個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子傳送到無限遠(yuǎn)的地方。
以人類目前的科技水平，飛行器甚至都無法飛出半徑 1 光年的太陽系，更別提將粒子傳送到無限遠(yuǎn)了。就像前面提到的姐妹分隔的例子，要將姐妹倆分隔至無限遠(yuǎn)，就需要借助宏觀的移動方式，無論是乘坐火車、飛機(jī)還是宇宙飛船，都無法做到將她們分隔至無限遠(yuǎn)，即便以光速移動也難以實(shí)現(xiàn)。
因此，雖然從理論上講，量子糾纏傳播可以無限遠(yuǎn) —— 就像無論姐妹倆相隔多遠(yuǎn)，姐姐生育孩子后妹妹都會自動升級為小姨 —— 但在實(shí)際操作中，這一特性永遠(yuǎn)無法得到證實(shí)。
需要強(qiáng)調(diào)的是，上述比喻并不十分嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，僅旨在幫助大家通俗地理解量子糾纏雖具有超距作用，但并不傳遞信息和能量這一特性。如有不當(dāng)之處，歡迎大家批評指正。
此外，還有一個(gè)常見的誤解，即認(rèn)為量子通訊是利用量子糾纏的速度來實(shí)現(xiàn)通訊。
實(shí)際上，這種理解是錯(cuò)誤的。目前，以潘建偉等科學(xué)家為代表的研究團(tuán)隊(duì)所開展的量子通訊研究，主要是通過量子糾纏分發(fā)和隱形傳輸技術(shù)，借助量子不確定性原理、波函數(shù)坍塌原理等，實(shí)現(xiàn)通訊速度更快、保密性更強(qiáng)的目標(biāo)。
這里的 “更快”，并非指信息傳播速度超越光速，而是指每秒能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量更大，例如每秒可傳遞 5G 流量；而 “保密” 則體現(xiàn)在量子密鑰不可克隆，通訊過程難以被監(jiān)聽。
綜上所述，量子本身并沒有意識，未來也不可能通過量子糾纏理論實(shí)現(xiàn)超距即時(shí)的能量和信息傳輸，更無法實(shí)現(xiàn)物體或人類的瞬間轉(zhuǎn)移。然而，隨著科學(xué)家對量子力學(xué)研究的不斷深入，我們對世界本質(zhì)的認(rèn)識也將愈發(fā)深刻，這無疑將推動整個(gè)人類文明邁向新的高度。
熱門跟貼