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能否通俗地解释一下,什么是量子纠缠?



文章发布时间:2015/5/26 3:45:30



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能否通俗地解释一下,什么是量子纠缠?谢邀。
知道张量积的同学请直接维基,典型例子就是 |01>+|10> 啦。
en.wikipedia.org/wiki/Q
不知道上面在讲什么的,读下面的文字,不用看符号:

薛同学有两只猫,分别在两个有毒药的箱子里。
打开任一箱子前,两只猫都是一半可能活着,一半可能死了。( |0>+|1>) X ( |0>+|1>) / 2
于是开箱前有四种可能:活活,死活,活死,死死。( |00>+|01>+|10>+|11>) / 2
打开一个箱子后,不管里面的猫是死是活,另一只猫仍是半死半活。( |10>+|11>) / sqrt(2)
也就是说,两只猫的死活互不影响的,完全可以分开討論。

如果两个箱子里的放毒装置是通过某种电磁波联动的。
如果一只猫中毒,就立即解除了另一只猫的危险。
另外需要假设俩猫有仇,有你没我,都想要对方死。(谢@Shawn 指出)
现在,打开箱子前,有两种可能:活死,死活。( |01>+|10>) / sqrt(2)
打开其中一个箱子,如果里面是活猫,另一只一定死了,反之亦然。|10>
也就是说,两只猫的命运是纠缠在一起的,无法分开討論。

注意:
我以上所说的是比喻,是修辞,不是科普,不是科学结论。
请不要由这个比喻,脑补什么超光速量子传输的技术。
量子传输是不能超光速传递信息的。
zhihu.com/question/1960
en.wikipedia.org/wiki/Q


答友:

  • 通俗模式:

前面的回答已经很精彩了,我再稍微补充一点,因为关于量子纠缠的比喻有很多。中科大量子信息实验室的老大郭光灿院士曾经打过一个比方比喻量子通信,说在美国的女儿生下孩子那一瞬间,远在中国的母亲就变成了姥姥,即便她自己还不知道。之所以她是姥姥别人不是,而且她一定会成为姥姥,就是因为她和女儿之间有一种“纠缠”关系。@Ivony 打的比方的重点是:出兵的只有张辽和司马懿”,这句话相当于把张辽和司马懿“纠缠”到了一块,如果没有这句话,量子纠缠的意义就解释不清了。


  • 高深模式
通过量子比特EPR佯谬就能差不多理解量子纠缠的概念了吧。

1)量子比特:在经典信息系统中,信息单元是以一个位或者比特(bit)作为信息单元的。从物理学角度讲,比特是一个两态系统,如是或非、真或假、0或1等。在量子信息系统中,常用量子位或量子比特(qubit)表示信息单元,量子比特是两个逻辑态的叠加态。(叠加态的介绍详见@谭永 的回答

经典比特和量子比特的不同之处在于,它只能处于 \left( 0 \right)   \left( 1 \right)  ,而量子比特可以处于 \left( 0 \right)   \left( 1 \right)  的任意叠加态。所以说,一个量子比特可以携带的信息量,要远远大于一个经典比特携带的信息,也就能理解为什么量子计算机的速度要远远超过现在的计算机了。

2)EPR佯谬:”EPR佯谬“是Einstein, Podolsky and Rosen(爱因斯坦、波多尔斯基和罗森)三人提出的一个假想实验。

这个实验的基本思想是:考虑一个由两个粒子A和B(称为EPR对)组成的复合系统,初始时它们的总自旋为零,各自的自旋为\frac{\lambda }{2} ,随后两个两个粒子沿相反方向传输,在空间上分开。若单独测量A(或B)的自旋,则自旋向上(或向下)的可能概率为1/2,但若已测得粒子A自旋向上(或向下),那么粒子B不管测量与否,必然会处在自旋向下(或向上)的本征态上。

爱因斯坦等人认为:如果两个粒子分开足够远,对第一个粒子的测量就不会影响第二个粒子。EPR佯谬正是基于这种定域论的观点提出的。

然而玻尔则持完全不同的看法,他认为粒子A和B之间存在着量子关联,不管它们在空间上分开多远,对其中一个粒子实施局域操作,必然同时导致另一个粒子状态的改变,这就是量子力学的非局域性。随着量子光学的发展,越来越多的理论和实验支持了玻尔的看法,否定了EPR的观点。也就是说,量子纠缠是存在的,它和空间时间都没关系。

在量子力学理论中,人们习惯上将前面提到的半自旋粒子A和B(EPR对)的两个独立态(向上或向下)分别记为 \left( 0 \right)   \left( 1\right)  ,它们作为一个量子系统处于 \left( 01 \right)   \left( 10 \right)  的叠加态。

也就是说,对其中一个粒子测量,就会知道另外一个粒子的状态。

补充一下,在量子体系中,光子的正交偏振态,电子或原子核的自旋、原子或量子点的能级,等等这些存在两态(可以表示为1,0)的体系都可以用来制备“纠缠态”。(Schrodinger首先提出了“纠缠态”一词,它是指多粒子体系或多自由度体系的一种不能表示为直积形式的叠加态。)EPR对就是最简单的纠缠态。


答友:三国时期,某年,曹操令司马懿、张辽挂帅兵分两路于汉中和荆州伐蜀,诸葛亮出汉中,刘备出荆州拒敌,诸葛亮到达汉中,远远见敌方大将乃是张辽,心中暗道不好,主公怎的遇上了司马懿?

好吧这是个瞎编的事情,简单说量子纠缠就是这么一回事儿。

诸葛亮为什么见到了张辽就知道刘备遇到的是司马懿?因为出兵的只有张辽和司马懿,如果诸葛亮遇到了司马懿,那么刘备就会遇到张辽,如果诸葛亮遇到了张辽,刘备就会遇到司马懿。

这就是诸葛亮和刘备虽然远隔千里,却也能第一时间知道刘备遇到的是谁。

那么,诸葛亮能不能依靠这种现象远隔千里给刘备送信呢?

当然不能,除非他们俩都带了手机。


答友:来说说我的观点。
首先说一下纠缠的定义。
量子纠缠在数学上和量子力学上如果光从唯象的角度来描述是比较容易理解的,对于最简单的EPR态,即 ( |01>+|10>) / sqrt(2) ,似乎(注意这里的用词)可以理解成两个粒子据有幽灵般的诡异关联,如果一个粒子被探测到处于|1>,那么另一个粒子就瞬间立刻地成为|0>态。从数学上分析,对于两个物体,只要它们的量子态不能写成直积的形式,就是说不能表达成互相独立的形式(比如[|1>+|0>]*[|2>+|3>]这就是各自独立的形式,展开有4项,而纠缠只有2项),那么它们就存在着纠缠。
然后再说一下我关于纠缠的看法和目前纠缠研究的进展。
这里讨论的可能有点深。我觉得,如果一个客观的物体是完全独立于其他物体的,那么我们就完全可以仅仅通过该物体而获得其所有的信息。因此,判断一个客观地东西是否是独立的,不能因为粒子数的原因把它们拆开来。比如上面提到的纠缠的两个物体"似乎"存在着瞬间性(严格来说是超定域性)的关联,其实你去计算它们的冯诺依曼熵的时候,对两个粒子来说为0,但就任一个粒子来说,他们都为最大值1(仅讨论处于最大纠缠的情况),这表明所有关于态的信息都蕴含在它们的相互关联之中(张永德,量子信息物理原理),也正如波尔所指出的:这时候必须把两个粒子当做一个客观地独立物体来看待,这样物理图像就不是两个粒子之间的诡异关联,就是一个客观的物体。当然从物理意义上还有不同的理解,比如隐变量说等。其实量子力学最大的特征就是物理原理以上的东西无比成熟,整个体系框架都十分完善,但如果涉及到物理意义来说,很多近乎哲学的讨论和物理图像的讨论至今仍然没有一个让物理界都完全信服的观点,这也是费曼所说的:至今没人能懂量子力学(当然,如果只是肤浅的把量子力学原理以上部分当作它的全部,你可以自认为理解了),也正如玻尔所说的:对于量子力学初学者而言,如果你不感到困惑那你就没学好它(量子力学中的数学对很多人来说不是什么问题,但如果只把唯像的理解当做完全的理论,说明你根本就没深入去理解它背后的难以理解的物理实质)。
近年来发现量子纠缠可以容纳到一个更大的框架中,就是量子关联,它包括量子纠缠和量子discord(量子失谐),discord的产生是人们把经典信息论中的定义放到量子信息论中发现他们有不一致的地方(失谐),很奇妙的是即使两个物体如果没有纠缠,也会有量子discord,原因还在讨论中。


答友:推荐一个游戏: chromatron。这个游戏从第一版本第26关到50关全是关于量子纠缠的。玩过的都有感受。


答友:看过一楼的答案,感觉具有很强的误导性,我来提供一个严谨一些的回答。

直接借用一楼的例子了——

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三国时期,某年,曹操司马懿挂帅兵分两路于汉中和荆州伐蜀,诸葛亮出汉中,刘备出荆州拒敌,诸葛亮到达汉中,远远见敌方大将乃是曹操,心中暗爽,因为主公遇上了带兵较少的司马懿。
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这个呢,还算不上量子纠缠。如果这就是量子纠缠的话,那很显然诸葛亮或者是此文的读者早就明白这个简单的概念了,根本用不着量子力学顶着爱因斯坦的压力去证明它的正确性。

而实际上爱因斯坦所用的反例,就是上面说的这个故事——他认为曹操和司马懿之间根本没有纠缠,两个人分别出发,诸葛亮见到曹操就说明另外一个是司马懿,诸葛亮见到司马懿就说明另外一个是曹操。而一旦出发之后,曹操和司马懿根本就不再有任何关系了。

但是目前看来似乎是爱因斯坦错了,因为诸葛亮做了这么个实验:

在两军快要会面的时候,诸葛亮突然大喊一声”曹操到“,结果——说曹操,曹操就到,对方领军的正是曹操本人。

当然这还不够,诸葛亮一共做了成百上千次的实验(管它是不是在平行宇宙中发生的),这实验是这么做的:每次诸葛亮只要喊”曹操到“,他就会见到曹操,而刘备就会见到司马懿。而另一方面,如果诸葛亮不喊”曹操到“,那么他就会有50%的概率见到曹操,50%的概率见到司马懿。

这时候诸葛亮就明白了,他可以通过喊”曹操到“这三个字影响到他将要见到的将领——同时还会影响到千里之外的荆州。而这个时候,曹操和司马懿的关系就可以被称之为量子纠缠了。

在量子力学里,两个粒子在经过短暂时间彼此耦合之后,单独影响其中任意一个粒子,就会影响到另外一个粒子,尽管它们相距甚远,这种关联现象被称为量子纠缠——很显然在这个实验中曹操和司马懿在出兵之前是”彼此耦合”过那么一番的,他们可能希望借此混淆状况,让对方猜不出己方的出阵将领(每个将领都处于混合态)。另一方面,诸葛亮则看出了其中的破绽,再加上他偷学过量子力学,才能够一手遮天地操控对方的出阵将领。

果然还是诸葛亮技高一筹。

————

(稍微补充一点,诸葛亮是没有能力操控曹操到不到的,特此澄清,以免引起误解。)


答友:不太赞同第一的答案,那个三国的例子其实和爱因斯坦的手套的例子差不多,本质上还是表达万物是提前决定的,只不过你不知道而已。而量子纠缠说的是在观测前事情是没有决定好的。这两种有什么区别呢?区别就是在刘备见到其中一个人之前就已经事实上确定了他会见到谁,而量子纠缠是在没见面之前,见到任何人都可能。


答友:很多人已经帮你解释过 量子纠结了, 接下来!!

根据我的 维度线理论,可以解释 量子纠缠 测不准原理 万有引力 等 科学难题!在这里,我就先解释一下 量子纠缠 跟 测不准原理吧,关于 万有引力 等其他难题,可以查看我的主页 文章。


粒子本身 跟 周围空间 是通过 更本质的 维度线 相连,当 A B C 粒子 里的 维度线 相连震动,这三个粒子 里维度线的 震动模式,会在 三个粒子 之间互相传递,形成共振。

这就解释了,1. 为什么在量子微观层面,为什么同一个粒子好像是可以同时出现在不同地点的,实际上是 粒子里面的维度线 震动模式 变得相同了,自然呈现出来的粒子是一样的~~~~( 这里要记得,弦不同的振动 会产生不同的粒子 )
2. 解释 量子纠缠,因为 粒子形成了共振, 在粒子之间 会产生出 一条连接丝线(就好像 吃糖葫芦,嘴 会从 糖葫芦上 黏出一个丝......) ,这种 连接丝线 会 始终将 粒子相连,所以不论多远,他们都始终相连 。


答友:蓝幕理论(来自《精神病人的世界》)
就像是一条蛇,除了蛇头和蛇尾,其他中间部分都涂成蓝色,然后把蛇放到一块同样蓝色的板上,再用摄像机拍下来,放出来会看到什么?只会看到蛇头蛇尾在动看不到蛇的身体。
蛇头蛇尾之间,有涂成蓝色的身体联系着,只是在拍摄后的画面上看不到罢了。看不到却不代表不存在。两个看似无关联的粒子,只是一部分。湖乡关联的部分,我们目前的仪器监测不到。


答友:

两户家庭分别拆成两部分一起玩,家庭1的爸爸带着女儿,妈妈带着儿子,家庭2的爸爸带着儿子,妈妈带着女儿,一共8个人进入一个迷宫,假设不允许其中的大人-孩子配对跟随另外一个大人孩子配对,且迷宫通道足够狭小,只够一个人通过,那么当家庭1的爸爸带着女儿,看到家庭2的爸爸时,这时,家庭1的爸爸就想到家庭2的妈妈和自家的妈妈将碰到一起。

这里的关键是,在宏观世界,在开始迷宫游戏之前的人员配对信息是靠经典信道获知的(例如讲话,电话,或者文字确认),但在微观世界,量子之间无法通过任何方式进行通信,但他们却获得了如上类似的特性,当量子A在给定的测量方向下有一个自旋状态时,就能立即知道量子B在给定测量方向下的自旋状态。


量子纠缠 | 王达峰的博客


答友:据我所知,有两种观点。
一是爱因斯坦认为量子纠缠只不过是这样,一双手套,分别装入保险箱,一个送往北极,一个送给你,当你打开箱子,发现自己拿到是右手的手套,你就可以确定北极的那只是左手的。
另一个观点是纠缠量子之间没有任何联系,即使相隔甚远,一个量子在被测量的时候也必然对它所纠缠的量子产生影响。这种现象规律被应用在远距离传输研究上,就是那种人不用坐飞机什么的,可以很快到达一个好远的地方。
后来实验证明第二种观点正确。以上知识全部来自纪录片宇宙的构造之量子跃迁。


答友:EVE里面官方解释了这样一个问题:

4、我竟然可以和朋友在银河系的两端进行同步对话而没有延迟,这真是太神奇了!

量子纠缠状态发生时两个量子会忽略物理距离同时发生变化。通过对混沌的破译能找出其中的规律从而能在宇宙中任何地方忽略距离的进行通讯。但是通讯是需要花费成本的,因为飞船搭载的通讯物质或者在中继站的物质都会因为纠缠而泯灭,所以在交谈的时候会被收取费用。


答友:量子糾纏表明:除啦我們目前已知的物理作用外、物質之間還存在其他的作用(參見【整體與隱纏序】、【全息關聯】等)


答友:通俗的讲,相当于比如转一个转盘,转盘是红蓝相间的。同时转两个这样的转盘,如果有一个转盘转到红色,另外一个必然转到蓝色。不论两者相隔多远,挨着或者在星系的另一端。


答友:补充说明: 量子纠缠一般用作一种资源,在量子通信中更像是一条电话线的作用,本身是没有信息的。主要是安全性好,还是要结合经典通信才能传递信息,所以超光速什么的是不可能的啦。另外严格讲起来,排名第一的答案给出的情况是非纠缠的混态,不能用作保密电话线哦
还有,千万不要拿科普当科学!!嗯


答友:就是上帝掷一次骰子决定一对纠缠粒子的状态。

人类能够证实这一点是因为我们可以帮助上帝掷这个骰子,从而看见这种纠缠关系。


答友:通俗的讲就是两个两个量子他们分别有两个状态,在观察的一瞬间发现他们不管距离有多远都会彼此感应到并且得到一个确定状态,这就是量子纠缠


答友:无论天涯海角永远对着干…

就像爱情中的男女…


答友:我觉得三国的例子浅显易懂,谁都能看明白,这跟量子物理的“If you are not completely confused by quantum mechanics, you do not understand it”(没晕菜就等于没理解)的精神不符。爱因斯坦也不用傻不拉几的驳斥了许多年。
改一下,让故事变的让人无法理解,这样就比较符合量子论精神啦。

三国时期,某年,司马懿挂帅出兵十万计划取道汉中和荆州伐蜀,蜀国毫不知情,两路大军最终在成都城下会师,大放烟花,名曰:会师庆典。
诸葛亮对蜀国灭不灭亡兴趣不大,单单看不惯这个烟火,借着手头有月光宝盒,誓要改变历史,让曹贼的烟花方不成。
于是穿越回到司马懿出兵之时,诸葛亮出汉中,刘备出荆州拒敌,诸葛亮到达汉中,远远见敌方大军已到,粗略一数,不下十万余,心想主公那边白去啊。飞鸽传书一问,果不其然,荆州一片祥和,一个曹兵也没来。
诸葛亮一想不对,这样就算我不出兵,曹贼也只有一路人马,不可能“会师”,也不会放烟火啊,于是下令退兵,装作自己根本没来,回到成都,不日司马懿兵临城下,没放烟花也没举行会师庆典。
“难道是我穿越造成了蝴蝶效应?使司马懿改变主意只攻一路了?”
为了证明这一点,诸葛亮反反复复穿越了几百次有余。
根据观察,他发现了一个规律:
只要他去汉中观察,要不就是看到十万曹兵,要不就是一个都看不到。总之曹兵只走一边。
只要他不去汉中,曹兵必走两路,必会举行会师庆典大放烟火。

原来决定曹兵分不分兵放不放烟火的,是诸葛亮自己啊。

来源:阿斯派克特实验

诸葛亮经过慎重思考,觉得这种现象有以下几个可能。
1,多宇宙。其实曹兵一出兵宇宙就分成平行的三个,要不就是运气不好,要不就是自己的动作可以决定自己进入哪个宇宙。总之总踩进自己出兵曹兵单路或者自己不出兵曹军分兵这两种宇宙里。
2,超距传输。其实曹兵是分散开走的,但他们有未知科技可以知道自己在观察他们,一旦他们发现被观察,就瞬间(以超过光速的速度)汇聚到一边去了。
3,唯心主义。其实没有曹兵,连这个世界都是假的,都存在于自己的意识里。所以这个世界的发展是根据自己的选择而运作的。


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央视谈道德问题能谈出什么新花样?2011-08-09 09:32:50 浏览 14375 次 | 评论 22 条8月3日,中央电视台新闻频道《朝闻天下》节目中播出:微博的伦理底线在哪里?很多网民将此解读为,官方有感微博传递信息对权力的威胁,开始为治理或封杀微博做舆论准备。新闻频道《朝闻天下》节目还特别采访了微博帐号"辟谣联盟"成员,指有些网民用微博来传播谣言。节目播出后,有网民指出,"辟谣



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