量子纠缠的一些资料

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    量子纠缠到底是什么呢？

    想象你有两枚硬币，每一枚都有不同的正面或背面，你拿着一枚我拿着一枚，我们彼此距离非常远。我们在空中抛掷它们，接住，拍在桌子上。当我们拿开手查看结果时，我们预期各自看到“正面”的概率是50%，各自得到“背面”的概率也是50%。在普通的非纠缠宇宙中，你的结果和我的结果完全相互独立：如果你得到了一个“正面”结果，我的硬币显示为“正面”或“背面”的概率仍然各为50%，但是在某些情况下，这些结果会相互纠缠，也就是说，如果我们做这个实验，而你得到了“正面”结果，那么不用我来告诉你，你就会瞬间100%肯定我的硬币会显示为“背面”，即使我们相隔数光年而连1秒钟都还没有过去。

    在量子物理中，我们通常纠缠的不是硬币而是单个的粒子，例如电子或光子等。例如，每个光子自旋+1或-1，如果两个光子互相纠缠，你测量它们中一个的自旋，就能瞬间知道另外一个的自旋，即使它跨过了半个宇宙。在你测量任一个粒子的自旋前，它们都以不确定状态存在；但是一旦你测量了其中一个，两者就都立刻知晓了。我们已经在地球上做了一个实验，实验中我们将两个纠缠光子分开很多千米，在数纳秒的间隔内测量它们的自旋。我们发现，如果测量发现它们其中一个自旋是+1，我们知晓另一个是-1的速度至少比以光速进行通信快10000倍。

    创造两个互相纠缠的光子以后，哪怕将它们分开很远，我们也可以通过测量其中一个的状态来得知关于另一个的信息。

    现在回到问题：我们可以利用量子纠缠的该特性实现与遥远恒星系统的通信吗？回答是肯定的，如果你认为从遥远的地方进行测量也算是一种“通信”的话。但是，一般我们所说的“通信”，通常是想要知道你的目标的情况。例如，你可以让一个纠缠粒子保持着不确定状态，搭载上前往最近恒星的宇宙飞船上，然后命令飞船在那个恒星的宜居带寻找岩石行星的踪迹。如果找到了，就进行一次测量使所携带的粒子处于+1态，如果没有找到，就进行一次测量使所携带的粒子处于-1态。

    因此，你推测，当飞船进行测量时，如果留在地球上的粒子呈现为-1态，你就知道宇宙飞船在宜居带发现了一颗岩石行星；留在地球上的粒子会呈现为+1态，就告诉你宇宙飞船还没有发现行星。如果你知道飞船已经进行了测量，你应该可以自己测量留在地球上的粒子，并立即知道另一个粒子的状态，即使它远在许多光年外。

    这是一个聪明的计划，但是有一个问题：只有你询问一个粒子“你处于什么状态？”(也就是说测量)时纠缠才起作用，但如果你对一个纠缠态粒子实施测量，迫使它成为一个特定的状态，你就破坏了纠缠，你在地球上做的测量与在遥远恒星旁做的测量就完全不相关了。如果在远处进行一次测量，让粒子的状态为+1，当然在地球上测量出结果就是-1，从而告诉你远在数光年外的粒子的信息。但你不可能在测量的过程中不破坏纠缠，而一旦纠缠被破坏，那就意味着，不管结果如何，你在地球上的粒子为+1或-1的概率都是50%，和若干光年外的粒子再没有关系。

    好比，我和我朋友，各在天边，但手里个持一个量子硬币，他们一定一正一反。我可以通过我手里的硬币，知道对方的硬币状态。但我不能通过改变手里的硬币，从而改变我朋友手里的硬币(改是可以，但结果是随机的。就像三体所说的打台球，被击打的台球是任意方向飞出去，只服从概率，不服从物理规律)。现在的量子通讯好像是另外一回事，好比是被发现了一个规律，同时打两个台球，两个台球的方向虽然是任意的，但是这两个台球的夹角中心正是击球的方向。那么建立两条链路，其中一条是普通链路，用于告知对方另外一个球的方向。这样，真正的接收方可以通过量子态的台球方向和穿过来的另一个台球方向，得到有用信息(击球的角度)。而窃听方无法得到量子态，所以无法窃听。有点罗嗦了，还是回到硬币。我和朋友各有一个魔法硬币(A和A\')，他们永远保持一个正，另一个是反的特性。我想控制硬币的正反面，传递消息给我的朋友;但做不到，我不管怎么小心的把硬币放桌子上，硬币坚持它的随机性，不确定的出现正面和反面。朋友自然没办法知道我传递给他的信息。后来我又找到一枚魔法硬币(B)，这枚硬币有新的特性。就是我朝上一起扔它们(A和B)，它们一定相同面;朝下扔它们，它们一定不同面。这样，我通过打电话告诉我的朋友，每次扔硬币以后，硬币B的状态。我朋友就知道我每次是怎么扔的硬币。虽然通讯速度还是打电话的速度，但是绝对保密。(未完待续。)