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微观世界:量子纠缠和超光速信息传递

2019年5月24日  来源:scottcgi 作者: 提供人:sizhuo82......

量子纠缠

量子,是一个物理量,如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子——比如光子就是光量子。通俗地说,量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。

量子纠缠,是指在量子力学中,当两个或两个以上的粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,所以无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,这时粒子个体之间,所表现出的神秘关联现象(超距作用),就是量子纠缠。

比如,一对纠缠态的光子,每个光子都处在叠加态——此时状态不确定,并且可以分别在任意不同的地方,那么对其中一个光子的测量,就会让其叠加态坍缩为确定态,同时另一个光子的状态,也会瞬间产生同步变化——由叠加态坍缩为确定态。(多个光子之间也可以形成纠缠态,那么一个变化,其它的都会一起同步变化)

这其中的关键就是,另一个光子的状态本来是不确定的,但它仿佛知道了,被测量光子状态的变化,然后自己做出了相应的变化。

要知道,被测粒子的状态在测量之前,可以是叠加态中的任意值,而另一个粒子,在被测量粒子确定状态之前,是无法确定自己的状态的。这意味着,量子纠缠,让两个粒子产生了神秘的——超越时间和空间的——关联现象。

通过一种叫做自发参量下转换(SPDC的过程,可以实现量子纠缠。具体是将一束对角的偏振光(即水平和垂直混合态的偏振光),发射到一个非线性的晶体时(两种不同类型的晶体),会将一个(水平和垂直偏振混合态)的光子,分裂成两个纠缠态的光子,其中每个光子都是(水平和垂直偏振)叠加态的。

需要注意的是,量子纠缠并不是一个粒子瞬间(超光速)对另一个粒子产生了影响,而是它们的共有整体状态,跨越了一个广域的距离,从而同步变化——也就是局部会服从配合整体性质的变化,也就是个体会出现统计属性。

事实上,可以说万事万物最终都是由量子所构成的,而万事万物从微观到宏观,又充满了局部与整体的关系,那么量子纠缠,就会在跨越广域的距离上,产生广泛的、根本性的相互影响。

所以,并不是观察行为会影响量子系统,而是任何存在、任何行为,都无时无刻不在影响着量子系统的状态,并且这个状态变化的影响,会以量子纠缠的形式,进行超距的相互影响。

因此,从这个角度来看,无论观测还是不观测,微观量子层面的确定性信息,都会因为量子系统的特性,而无法获得。

而从图灵的角度来看,为什么我们无法知道量子的全部确切状态?这是因为测量状态的机器,是由量子所构成(一切物质在最底层都是由所量子构成),这就形成了一个循环不可计算的递归,让被计算实体与计算实体发生了纠缠。(宇宙的奥秘:递归、分形、循环)

那么,可以想象,我们想要的确定性,其实只有建立在微观不变化、不互相影响的基础之上才行。但此时上层的一切都会不存在——或是与现在完全不同的形式存在。

最后,宏观上并没有量子纠缠效应,就像宏观物体没有微观的波粒二象性一样,可以理解为这些微观量子效应,在宏观被压制在了无法被观测的状态——数学求解得出无限小,极限就是不存在,或理解为存在于未知领域。

然而,在我们无法观测和感知的背后,却存在一个完整统一的整体,并涵盖了所有的未知领域,只是我们的认知,不一定就存在一条信息路径,可以抵达那个统一整体的终极本质。

超光速信息传递

显然,我们依赖光去获取信息,就不能超越光速去获得信息。但量子纠缠,却可以无视距离和光速,产生状态之间的同步变化,那么这岂不是可以超光速传递信息了?

结论是,量子纠缠依旧无法超越光速传递信息。

首先,我们需要明白,传递信息要有输入信息读取信息,完成这两个步骤才算是完成了一次信息的传递。

其次,处在纠缠态的粒子,测量会导致其叠加态塌缩——这是输入信息,接着瞬间,其它与之纠缠粒子产生变化——我们测量这些变化就是读取信息

那么问题就是,都是测量,哪一次代表了输入信息,哪一次又代表了读取信息呢?

输入与读取有先后顺序,那么我们的测量也就需要有先后顺序。显然,测量的先后顺序就依然需要光速来传递信息,以确定测量的先后。

最后,我们无法向一个量子纠缠系统中,输入我们想要的数据,因为微观状态是完全随机的——不可控。所以,粒子纠缠态之间的同步变化,所能传递的,仅仅是一些随机的信号——属于噪音而不是信息——我们无法从中获得任何有用的信息。


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