量子糾纏的標準定義是：當多個粒子發(fā)生作用之后，單個粒子擁有的特性會綜合成為整體屬性，于是就無法描述單個粒子的性質(zhì)，只能描述整體性質(zhì)。
比如零自旋中性π介子衰變成一個電子與一個正電子，二者動量相同，自旋方向相反。如果測量電子旋向，就可以知道反電子的旋向；如果反電子速率和旋向改變，電子的速率和旋向也同時改變。更加不可思議的是，不管它們相距多遠，甚至相隔著整個銀河系，這種糾纏現(xiàn)象一直存在，就像兩個粒子存在心靈感應(yīng)一樣。
相隔數(shù)千光年的距離，也存在量子糾纏現(xiàn)象
下面我們就由表及里，從現(xiàn)象到本質(zhì)來分析一下量子糾纏。
1935年，愛因斯坦、羅森、波多爾斯基提出EPR佯謬，提出量子糾纏的概念，隨后薛定諤正式為之命名為“量子糾纏”，對于量子糾纏可能違反了相對論中對于信息傳遞所設(shè)定的光速上限，愛因斯坦幽默的稱量子糾纏為“鬼魅般的超距作用”。
2017年，中國"墨子號"量子衛(wèi)星成功實驗，兩個量子糾纏光子被分發(fā)到相距超過1200公里的距離后，仍可繼續(xù)保持其量子糾纏的狀態(tài)。2023年，中國科學技術(shù)大學的潘建偉院士等人，使用光晶格中束縛的超冷原子，人工制造出多原子糾纏態(tài)。
糾纏態(tài)的粒子，自旋方向總是相反
從經(jīng)典量子力學理論上來分析，如果不存在量子糾纏效應(yīng)，那么從守恒定律可以預(yù)測兩個粒子各自的位置與動量，這違反了不確定性原理。正是由于量子糾纏效應(yīng)，粒子的位置與動量遵守不確定性原理。上面的電子和反電子之所以被觀察到自旋方向相反，正是因為我們?nèi)y量了粒子，這就造成了測量坍塌，即改變了粒子運動狀態(tài)；只要我們不去測量粒子，雖然不能確定它們的位置和動量，但是不會干擾粒子的量子態(tài)而造成坍塌。這就是量子力學著名的退相干原理和測不準原理。
從數(shù)學模型上分析，具有量子糾纏的電子1和電子2（即下式中的下標1、2）的糾纏態(tài)可以通過下面公式表示：
Φ=（ |00〉12 + |11〉12 ）/ sqrt(2)
=（ |0〉1 ? |0〉2 + |1〉1 ?
|1〉 2 ）/ sqrt(2)
符號Φ為糾纏粒子的整體向量，符號?為張量積運算符，|0〉表示粒子Z方向為上旋量態(tài)，|1〉表示粒子Z方向為下旋量子態(tài)，測量電子的量子態(tài)為無非是|0〉和|1〉兩種，sqrt為平方根算符。如果測量電子，電子的狀態(tài)坍塌為|0〉時，那我們測量到反電子的狀態(tài)也一定坍塌為|0〉。
只有非糾纏狀態(tài)下的量子才使用
公式|Φ〉1 ? |Φ〉2，其意義即 |00〉、|01〉、|10〉、|11〉四個量子態(tài)下的概率均為1/4。
量子糾纏中粒子之間傳遞信息的速度，被認為是超光速的
哪些情況下會產(chǎn)生量子糾纏？必須滿足以下三個條件：
1- 量子必須有一個共同的時間引力參考系，比如同一規(guī)范場的全同粒子之間才能產(chǎn)生量子糾纏，全同粒子包括全部電子，全部夸克，全部質(zhì)子………等等。
2- 量子必須共同處于疊加態(tài)，即兩個粒子的波函數(shù)是可以疊加的，道理和聲波、水波的疊加是一樣的。
兩個粒子共用一個波函數(shù)，波形疊加在一起
3- 量子有一個共同的縱深螺旋擴張、浮游螺旋收縮旋轉(zhuǎn)躍遷的軌道。見下兩圖詳述。
縱深螺旋線的形狀向像旋轉(zhuǎn)樓梯一樣，粒子就是這樣繞其作用場中心進行漸進運動的
粒子波形的浮游螺旋收縮的形狀，是粒子的三維運動軌跡
由此可見，要實現(xiàn)量子糾纏并不是很容易辦到的。除了夸克的自然衰變之外，當然還可以通過人工方式實現(xiàn)量子糾纏，比如一束紫外激光被發(fā)射到一種特殊的晶體，該晶體會釋放一對偏振方向相反的糾纏光子。
處于糾纏態(tài)的粒子除了自旋方向不同之外，也可以是偏振方向不同，自旋和偏振都是用來描述粒子波粒二象性的基本信息。
量子糾纏產(chǎn)生的原因有以下三種解釋：
1- 糾纏態(tài)的兩個或多個粒子實際上共享一個波函數(shù)，擁有完全相同的波形，因此可以粒子之間可以瞬間“感應(yīng)”對方的改變而隨之改變，而且有部分觀點認為這種同步感應(yīng)的現(xiàn)象是超光速實現(xiàn)的。根據(jù)不確定性原則，粒子可能出現(xiàn)在任何位置，因此它們之間的信息傳遞是不需要時間的。
糾纏中的粒子共享一個波形，信息自然是同步的，也不需要傳遞時間
2- 糾纏態(tài)的粒子實際上是在多宇宙的鏡像投影，即一個粒子是另一個粒子從高維度向低維度的投影，而每個宇宙都擁有不同的參考系，我們必須從多宇宙同時觀察才能知道粒子狀態(tài)的同步改變。該理論還是比較燒腦的。
兩個粒子是處于不同的宇宙的鏡像投影
3- 糾纏粒子符合“蹺蹺板”效應(yīng)。比如兩個人一起玩蹺蹺板，當甲乙兩人坐在蹺蹺板上時，就有了“糾纏”的關(guān)聯(lián)狀態(tài)。甲向下，乙就會向上，反之亦然。根據(jù)該理論，糾纏中的粒子自然就會一直呈現(xiàn)出對稱狀態(tài)。
不論哪種解釋，都不能通過實驗的有效觀察來解釋量子糾纏產(chǎn)生的確切原因。但是有一點是完全確定的，即糾纏粒子是同一系統(tǒng)中的，必須整體分析而不能單獨分開進行獨立的分析。
但是幸運的是，量子糾纏只存在于微觀的量子世界，一旦過渡到宏觀世界就不再存在糾纏態(tài)，就像作為整體的人，雙胞胎就不會存在這種超距離的感應(yīng)。
人作為整體，不會產(chǎn)生量子糾纏
通過量子糾纏效應(yīng)，人類已經(jīng)開發(fā)出量子隱形傳輸、量子密鑰分發(fā)、量子計算、量子傳感器、量子電路……等應(yīng)用科學技術(shù)。量子隱形傳輸即利用量子糾纏進行遠距離傳輸，不需要任何載體的攜帶，是一種全新的通信方式。量子密鑰分發(fā)是通信的雙方能夠產(chǎn)生并分享一個隨機的、安全的密鑰，來加密和解密消息，任何量子系統(tǒng)的測量都會對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，因此具有防竊聽的功能。量子計算機裝置遵循量子計算的基本理論，處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法?；诹孔觽鞲衅髦圃斓母缮鎯x是探測引力波的重要設(shè)備。
LIGO引力波探測器，就是基于量子糾纏原理制造的，通過此裝置已經(jīng)成功的探測到引力波
至于未來，我們以量子通信技術(shù)為例，比如太空探測器已經(jīng)飛離銀河系，距離地球一千光年之遙，那么它在太空中搜集到的信息通過電磁波傳回地球需要一千年的時間。如果探測器和地球的多個粒子處于糾纏狀態(tài)，那么探測器中粒子的無數(shù)0和1狀態(tài)的量子比特信息可以瞬間傳遞到地球，我們可以實況轉(zhuǎn)播其它星系的盛景，地球上的我們通過同步信號探尋到數(shù)萬光年之外的外星生命，將不再是遙不可及的夢想。
通過量子糾纏，地球可以同時收到若干光年之外太空探測器傳來的行星畫面
再比如利用多粒子的糾纏原理，在今后，人發(fā)出的腦電波通過隨身攜帶的計算機轉(zhuǎn)換成量子信號后，可以控制另一臺計算機的信息，或者由大腦直接控制計算機的信息。就是人可以通過意識控制智能機器，思想所至可以產(chǎn)生行為。那么反過來呢？計算機也可以通過相同的方式控制人的思考和行為，所以霍金預(yù)言：計算機在一百年內(nèi)將控制人類。
智能機器會控制人類嗎？還是人類會用思維控制機器？
頭幾年還出現(xiàn)過量子糾纏遠程治療的網(wǎng)絡(luò)騙局，買個簡易儀器就可以實現(xiàn)遠距離治療疾病了。其實這種騙局很低級，其實要實現(xiàn)發(fā)射端和接收端多個量子的糾纏態(tài)是十分復雜的，更不要說與人體內(nèi)的粒子形成共振的糾纏態(tài)了，科學家提出的該技術(shù)還在理論探索階段，離實際應(yīng)用還十分遙遠。
量子糾纏遠程治療目前還是構(gòu)想階段
夢想總比現(xiàn)實美好，實際上量子糾纏的信息遠距離傳輸，極容易受到外部粒子的干擾，即糾纏態(tài)的量子是不穩(wěn)定的，任何形式的擾動都會讓糾纏態(tài)消失，而擾動本身就相當于觀察，觀察也是擾動的形式之一。我們所處的宇宙中充滿了各種物質(zhì)和能量，它們都可能會“觀測”糾纏中的粒子。因此將來的道路還很漫長，但是我們有理由對未來充滿憧憬。
旅游時拍的，西湖斷橋夜景
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