量子纠缠

量子力学现象之一
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量子纠缠（Quantum Entanglement），即在量子力学里，描述两个相互纠缠的粒子，无论相距多么远的距离，一个粒子的行为都会影响另一个粒子的状态，当其中一个粒子被操作时发生变化（例如量子测量），另一颗粒子也会发生相应变化，量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象，在经典力学里，找不到类似的现象。[1][2]
假若对于两个相互纠缠的基础粒子分别测量其物理性质，像位置、动量、自旋、偏振等，则会发现量子关联现象。例如，假设一个零自旋粒子衰变为两个以相反方向移动分离的粒子。沿着某特定方向，对于其中一个粒子测量自旋，假若得到结果为上旋，则另外一个粒子的自旋必定为下旋，假若得到结果为下旋，则另外一个粒子的自旋必定为上旋；更特别的是，假设沿着两个不同方向分别测量两个粒子的自旋时，则会发现结果违反贝尔不等式；除此以外，还会出现貌似佯谬般的现象：即便是两个粒子相隔较远和未发现任何传递信息的机制的情况下，当对其中一个粒子做测量，另外一个粒子似乎知道测量动作的发生与结果。[2][4]
在1935年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）、B.E.波多尔斯基（Podolsky）和N.罗森（Rosen）发表了一篇题为《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的？（Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?）》的论文，这篇论文后来被称为EPR佯谬，现在称为EPR效应。[5]他们以量子力学基本原理为基础，推导出与经典理论中的物理实在论相矛盾的结论，并把这一量子特性称之为“幽灵般的超距作用”，进而对量子力学提出了质疑。[3][6][7][5]
埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）在研究这一佯谬时提出了EPR操控，EPR操控描述了对一个粒子进行测量能非局域地影响另一个粒子状态的能力，它是一类新的量子非局域特性。通常说的量子非局域特性是指某个纠缠态能违背贝尔不等式，叫做贝尔非局域性。EPR操控则介于量子纠缠与贝尔非局域性之间，也就是说量子纠缠态中只有一部分具有EPR操控特性，而这些具有EPR操控特性的态中只有一部分具有贝尔非局域性。[6][7]埃尔温·薛定谔之后发表几篇关于量子纠缠的论文，并且给出“Quantum Entanglement”这一术语。[8]然而，多年来多个实验证实量子力学的反直觉预言正确无误，在各种验证实验中，纠缠粒子的极化或自旋在不同的位置被测量，在统计上违反了贝尔不等式。[9]早期的测试中，不能排除一个点的结果可能被传输到其他点，从而影响第二个点的结果，后来进行了没有漏洞的贝尔测试，排除了所有可能的所谓隐变量。根据目前实验显示，量子纠缠的作用速度至少比光速快10,000倍。这还只是速度下限。根据量子理论，测量的效应具有瞬时性质。可是，这效应不能被用来以超光速传输经典信息，因此并不违反因果律。[10][11]
在量子纠缠的相关研究中，像光子、电子一类的微观粒子，或者像分子、巴克明斯特富勒烯、甚至像小钻石一类的介观粒子，都可以观察到量子纠缠现象。[12]目前研究的热门已转至应用性阶段，在量子通讯、量子计算机等领域都取得了一定的成果。[12][13]2023年，研究人员报告了有史以来第一张量子纠缠的图像，这些纠缠光子的波函数的产生图像强烈地让人联想到阴阳符号，在中国文化中，阴阳符号代表了相互联系的力量的概念。Erico博士把这些总结为：“任何基于两个或多个粒子状态的生成和转换的量子技术都必须通过测量最终状态的波函数来测试，”这项技术也有可能激发超越经典光学分辨率限制的新成像技术。[14][15]