什麼是量子糾纏?

General 更新 2023年10月15日

量子糾纏是什麼？ 20分

天然存在的關係，例如你媳婦在美國生孩子了，不管他告訴你還是沒告訴你，你都已經成為一個父親了，你兒子出生，和你成為父親，這兩件事就是一個糾纏，同時發生，不因距離，不因信息傳遞快慢而受影響！

國家自然科學一等獎的“量子糾纏”到底是個啥

說到量子世界，其實有兩個最基本的原理，就是量子疊加原理，而另外一個其實是由量子疊加原理引申出來的量子糾纏。

首先我給大家介紹下量子疊加原理。什麼是量子疊加原理？舉個例子來說，《西遊記》我想大家都看過吧!就算沒有看過原著，電視劇三十年如一日的重播，肯定也會看過，我從小也非常希望有孫悟空的一個能力，就是它的分身術，一個分身留在這裡聽老師訓話上課，另外一個分身就跑出去搗蛋。那麼在量子的世界裡，量子就是孫悟空，它也有分身術，但是跟孫悟空的分身術不一樣的地方在於，在量子的世界裡量子的分身術不能被人看到，一旦有人去看它，它的分身就會隨機地消失，而最後只留下一個。

假設你在 ABC 三個地方有三個分身，如果有人不管在那個地方去看它，它有可能 AB 的分身消失，也有可能是 BC，也有可能是 AC，隨機的消失一個，而只留下一個分身，這個就是跟孫悟空分身術不一樣的地方。這個事情本身可以通過一個雙縫實驗來驗證。有這麼兩個一模一樣的狹縫，我們有一杆槍不停地發出電子，那麼電子會同時穿過這兩個狹縫，而在背後留下一個相應的干涉條紋。但如果我們有一個裝置可以去看，這個電子是從哪個狹縫過的時候，你就會發現，每一次它只從其中一個過，而在後面留下兩條槓。沒有觀測的時候，它是同時穿過；有觀測的時候，它只從一個地方穿過，兩種狀態並行，這個就是量子疊加原理。

再舉一個形象的例子，假設我就是一個量子，我下班回家有兩條路，一個是鮮花市場，一個是海鮮市場，每天我下班回家，我開著自己的車，相當於我對自己進行個測量。那麼，我就很清楚，我是從哪條路回家的。回到家裡，我太太也很清楚因為她聞一下我就知道，如果我是從鮮花市場，那麼我身上都是香的；如果我身上全是魚腥味，那麼就知道，我是從海鮮市場。但有天我非常累，我就打了個車回家，回到家以後，我太太問我說，今天你是從哪條路回來的呀？我說不好意思，剛剛路上睡著了，我也不知道從哪條路上回來的。你聞下我身上看看。她聞了一下發現好奇怪，怎麼你身上一半是香的，一半是臭的，就好像我從兩條路同時過來了一樣，那麼，這個就是量子的疊加原理。當有人對它進行測量，它就只有一種狀態，如果沒有人對它測量的話，它是多種狀態並存。當然，在現實生活中，更大的可能，我是被那個出租車司機給坑了。這個是量子疊加原理。

如果把量子疊加原理合到多個量子的情況會是什麼呢？那就是一個愛因斯坦稱之為遙遠距離詭異的相互作用的一個量子糾纏，它就像雙胞胎心靈感應一樣，這兩顆骰子無論相距多遠，擲出來的結果始終是一樣的。那麼用剛剛那個量子分身的概念來講，就是說，比如說我和你糾纏在一起，每個人都有兩個分身在北京和上海，如果有人對我進行了測量，那麼我們知道有個分身會消失，那麼你的分身會怎麼樣呢？我可以告訴大家的是，你的分身也會消失。比如我上海的分身消失了，只留下北京的分身，那我就知道，而且必然會發生的事情，就是你在上海的分身也會消失，只留下北京的分身，這就是量子糾纏。

有了量子糾纏，量子隱形傳輸的概念也就呼之欲出。如果我們想把北京的量子傳送到上海，那怎麼辦呢？我現在北京和上海之間建立這樣的糾纏，然後我通過對兩地的粒子，做一些特殊的操作，那麼在北京的量子就會消失出現在上海。

有了量子疊加原理和量子糾纏，那麼我們到底有些什麼用呢？首先一個應用就是計算機的一個飛躍，因為我們知道，我們經典的計算機中，它只有 0 和1，每個比特都是這兩種狀態，但在我們的量子中可以處在 0 和 1 的疊加狀上，那麼這樣我一旦操縱的量子數目增多，它就會以指數增長的形式來提升它的運算速度，有這麼個並行運算......

量子為什麼會糾纏

這個我也不是特別會，中科大潘建偉的量子信息組最近剛做出的八光子糾纏，我也簡單瞭解了一下。可以這麼說吧，糾纏態是需要你去製備的，自然界裡的粒子基本都是雜亂無章的混態，是不含有信息的。然而通過一些方法和設備能夠讓一些粒子糾纏（這個我也不懂，你可以找潘建偉的文章來看）。這個過程卻是挺妙的，因為通常我們物理觀測手段都是讓粒子從糾纏態坍縮。

一旦糾纏了就可以傳輸信息，比如兩個粒子糾纏，糾纏後你讓它們一個在北京，一個在上海（這樣在空間上已經不再糾纏，但自旋空間上的糾纏還存在）。這是你就可以控制讓其中一個自旋向上，那麼與此同時另一個就會自旋向下（或者上，看你製備的糾纏態是什麼樣的了)，自旋下和上可以看成是計算機裡定0和1,這樣八對糾纏的粒子就會瞬間完成一個Byte的信息的傳輸，這傳輸速度是驚人的，可以說是不需要時間，對空間和材料用量也極其節省，可以說一旦量子信息的技術能投入使用，信息技術就會又一次質的飛躍。而難點估計就是糾纏態的製備了，這也是為什麼潘建偉有可能會成為大陸地區第一個諾貝爾獎獲得者的原因。

量子信息的全部內容比這個要複雜的多。很多東西我都只是聽說，不敢保證一定對，還望海涵

能否通俗地解釋一下，什麼是量子糾纏？

人要看見東西需要光，但是針對微觀粒子而言，你一用觀測光照它，它就不是原來狀態了，所以不可能直接觀測到。它結果變得和觀測者的狀態有關了，所以糾纏在一起。

量子糾纏是什麼？

通俗模式：

前面的回答已經很精彩了，我再稍微補充一點，因為關於量子糾纏的比喻有很多。中科大量子信息實驗室的老大郭光燦院士曾經打過一個比方比喻量子通信，說在美國的女兒生下孩子那一瞬間，遠在中國的母親就變成了姥姥，即便她自己還不知道。之所以她是姥姥別人不是，而且她一定會成為姥姥，就是因為她和女兒之間有一種“糾纏”關係。@Ivony 打的比方的重點是：“出兵的只有張遼和司馬懿”，這句話相當於把張遼和司馬懿“糾纏”到了一塊，如果沒有這句話，量子糾纏的意義就解釋不清了。

高深模式

通過量子比特和EPR佯謬就能差不多理解量子糾纏的概念了吧。

1）量子比特：在經典信息系統中，信息單元是以一個位或者比特（bit）作為信息單元的。從物理學角度講，比特是一個兩態系統，如是或非、真或假、0或1等。在量子信息系統中，常用量子位或量子比特（qubit）表示信息單元，量子比特是兩個邏輯態的疊加態。（疊加態的介紹詳見@譚永的回答）

經典比特和量子比特的不同之處在於，它只能處於或，而量子比特可以處於和的任意疊加態。所以說，一個量子比特可以攜帶的信息量，要遠遠大於一個經典比特攜帶的信息，也就能理解為什麼量子計算機的速度要遠遠超過現在的計算機了。

2）EPR佯謬：”EPR佯謬“是Einstein, Podolsky and Rosen（愛因斯坦、波多爾斯基和羅森）三人提出的一個假想實驗。

這個實驗的基本思想是：考慮一個由兩個粒子A和B(稱為EPR對)組成的複合系統，初始時它們的總自旋為零，各自的自旋為，隨後兩個兩個粒子沿相反方向傳輸，在空間上分開。若單獨測量A(或B)的自旋，則自旋向上(或向下)的可能概率為1/2，但若已測得粒子A自旋向上(或向下)，那麼粒子B不管測量與否，必然會處在自旋向下(或向上)的本徵態上。

愛因斯坦等人認為：如果兩個粒子分開足夠遠，對第一個粒子的測量就不會影響第二個粒子。EPR佯謬正是基於這種定域論的觀點提出的。

然而玻爾則持完全不同的看法，他認為粒子A和B之間存在著量子關聯，不管它們在空間上分開多遠，對其中一個粒子實施局域操作，必然同時導致另一個粒子狀態的改變，這就是量子力學的非局域性。隨著量子光學的發展，越來越多的理論和實驗支持了玻爾的看法，否定了EPR的觀點。也就是說，量子糾纏是存在的，它和空間時間都沒關係。

在量子力學理論中，人們習慣上將前面提到的半自旋粒子A和B(EPR對)的兩個獨立態(向上或向下)分別記為和，它們作為一個量子系統處於和的疊加態。

也就是說，對其中一個粒子測量，就會知道另外一個粒子的狀態。

補充一下，在量子體系中，光子的正交偏振態，電子或原子核的自旋、原子或量子點的能級，等等這些存在兩態（可以表示為1，0）的體系都可以用來製備“糾纏態”。（Schrodinger首先提出了“糾纏態”一詞，它是指多粒子體系或多自由度體系的一種不能表示為直積形式的疊加態。）EPR對就是最簡單的糾纏態。

誰能通俗的解釋一下什麼叫量子糾纏?

俗稱貓態兩個粒子在量子糾纏狀態下一個的改變另一個也改變是同步貌似無距離限制無視愛因斯坦的相對論很乖

為什麼會產生量子糾纏的現象

時間膨脹是說時間並不是永遠以我們感受到的現在的這種速度進行的,它也會發生變化.它一般是和速度有關的.速度越快,越接近於極限速度,時間就會越慢(這裡有個名詞:極限速度.我們所處宇宙的極限速度是光速,但並不是所有的宇宙其極限速度都是光速,可能更快,也可能更慢).舉個設想的例子說吧,假如有一個人一分鐘的心跳是60下,當他高速運動時,如果速度足夠大,他的心跳可能會變成40下,20下,甚至更慢.因為隨速度的增加,他的時間變慢了,他自身的新陳代謝也隨之變慢.這樣,相對於他的時間就發生了膨脹. 我們通常會認為，光波的速度因與我們運動的方向相同或相反或取各種中間角度而有所不同。令人驚奇的是，愛因斯坦卻認為事實上不會是這樣。20世紀初，愛因斯坦就認識到，我們的時空觀並不完善。他是通過分析電和磁相結合產生電磁輻射（例如光輻射）特性的規律得出這個結論的。他認為，如果光在一切測量中具有協調一致的特性的話，在物理學中光速必定扮演著主要角色。特別是，真空中的光速必須不變，無論光源和觀察者做什麼樣的相對運動，真空光速總是每秒三十萬千米。 17世紀，牛頓曾提出過一個相對性的經典說法。當時他主張，作為參照基準的參考框架，無論做什麼樣的勻速直線運動，都不會對實驗（包括物理的運動）產生影響。愛因斯坦認為這種說法與他的電磁學理論格格不入，當他試圖搞清楚以光速運動的觀察者所看到的光波將會是什麼樣時，他遇到了糾纏不清的情景。於是他清醒地認識到，為了在物理學領域取得協調一致的答案，就不能把空間只是看成供我們生活居住的容器。它還必須具有某些特性，例如人們以高速運動時，時間尺度將會改變，同時，空間尺度也會改變。在這個意義上，空間和時間是纏繞在一起的，空間和時間原是同一件事物不同的相對錶現形式。牛頓的絕對時空就是哲學或人們通常意義上所感受的時空，即在每一刻，都對應整個宇宙的某一態。從牛頓的絕對時空看來，這星光傳播過程中，時間就一直在變大，在膨脹。現今世界上最具權威的美國《科學》雜誌，最近一期一篇文章明確指出，宇宙膨脹不是光的多譜勒效應，是時空本身的膨脹，而實際天文觀測證實的，包擴哈勃紅移在內，都是時間膨脹的結果，其它都是圍繞時間的膨脹展開的理論分析和推測。分析時間的膨脹，就涉及時空本質的理解，就物理學而言，我們就有兩種時空：牛頓的和愛因斯坦的。牛頓的時空稱絕對時空,表面看起來,它的時間和空間是毫不相關的,實際上,從它的引力所具有的無限大速度的假設,可以知道, 牛頓的絕對時空就是哲學或人們通常意義上所感受的時空,即在每一刻,都對應整個宇宙的某一態。從宇宙的各向同性和平滑性，知這一刻對一態雖然在觀測上不可行，但理論和人們思維上卻是可行的。空間的三維始終應對時間的一維，這是用思維觀時空，是橫向看時空，空間的三維和時間的一維一一對應，我稱之為三一時空。三一時空的同時性並不是沒有物理實質，如產生了量子糾纏的量子所具有的同時性。愛因斯坦的時空稱相對時空，它以觀察者為核心，強調可觀察，是用眼睛看時空，以光速為極限，將過去和現在聯繫在一起，是縱向看時空，時間和空間纏繞在一起，人稱四維時空。愛因斯坦曾有過一個設想，當一個人以光速運動時，一道光在人眼前穿過，這個人所看到的光應為彎曲的。時間的膨脹是觀察者觀察的結果，是四維時空的產物，時間倚觀察者而變，觀察者的時間代表著真實的唯一存在，是四維時空模型中時間的最大值；觀察者的時間代表著此刻，若設這個時間為零，其它被觀察體的時間都為負值。在觀察者本身卻無法發現時間膨脹的原因，必須橫向看時空，用牛頓的絕對時空觀，就能發現時間膨脹的原因。例子：......

什麼是量子，通俗點講。量子是不是最小的，如果是，那麼量子糾纏的是一個量子與另一個之間發生還是隻是一

首先我得說，量子力學本身很難直觀，但是你這兩個問題我可以給你打個比方來說明。有一個蘋果，有三個口袋，蘋果我放進其中一個口袋了，讓你猜。對你來說，這是個概率問題。但是，每個袋子裡有蘋果的概率是%33。但是你看了一眼，在一個袋子裡發現了蘋果，那這個概率就不存在了。這就是波函數的塌縮。是觀測引起的。糾纏呢，有兩個蘋果，現在規定如果一個紅的，另一個是就是綠的，那就構成了一個糾纏態。你看其中一個是紅的，那另一個就立馬變成了綠的。哪怕那個蘋果已經飛到一光年之外。但是，在你觀測之前，哪個是紅的，哪個是綠的，在量子力學的範圍裡，這個問題，無解，只能說，各有50的機率。。當然我得補充一下，我這個比喻其實是不恰當的，量子態是波粒二像性的。與蘋果這種宏觀物體的行為規律是完全不同的。

什麼是“量子糾纏”

量子糾纏（quantum entanglement），或稱量子纏結，是一種量子力學現象，其定義上描述複合系統（具有兩個以上的成員系統）之一類特殊的量子態，此量子態無法分解為成員系統各自量子態之張量積（tensor product）。量子糾纏技術是安全的傳輸信息的加密技術，與超光速傳遞信息無關。儘管知道這些粒子之間“交流”的速度很快，但我們卻無法利用這種聯繫以如此快的速度控制和傳遞信息。因此愛因斯坦提出的規則，也即任何信息傳遞的速度都無法超過光速，仍然成立。實際上的糾纏作用並不很遠，而且一旦干涉其中的一方，糾纏態就會自動消除。