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对《量子纠缠究竟怎么回事》的澄清与补充

已有 4159 次阅读 2018-3-7 09:31 |个人分类:量子力学|系统分类:论文交流| 量子力学, 量子纠缠

该文发布后受到较多关注和一些质疑,昨天还与多年好友进行了长时间争论,这里把一些争论要点和问题澄清和补充如下:


问:文章提出了什么新观点?

答:

1、量子纠缠存在距离极限

2、纠缠极限距离由光子的时间不确定性决定。对于红宝石激光器产生的光子,这一距离大概是几千公里。历史的纠缠实验结果与这一说法一致。

3、由于量子态的时间不确定性,局域实在论在量子纠缠情形仍然有效。也就是量子纠缠并没有超光速。

4、量子纠缠是测量参与的结果,不是超距的鬼怪相互作用。在时间不确定性范围内,光子波函数的范围中任何东西都将影响光子的波函数,包括测量设定。这实际上是哥本哈根关于测量的正统解释,但是重新诠释了量子纠缠。

5、著名的EPR争论中,哥本哈根学派没错,爱因斯坦没错,实验结果没错,但是量子纠缠的解读错了。

 

问:文章的理论基础是什么?

答:量子力学哥本哈根正统理论(包括波函数诠释,测不准理论,测量理论),量子场论。

 

问:文章改变了现有理论框架吗?

答:没有。文章中提出的尺度时间在非相对论量子力学中是新内容,但在量子场论中不是。也可以不采用尺度时间的说法,而用时间不确定性理解。

 

问:有没有扩大现有理论的应用范围?

答:有。因为非相对论量子力学没有光子的概念,要在哥本哈根框架内理解光子,必须把相关的概念加进去,包括时间维度和光子波函数。加进去的概念完全来自量子场论,没有自己提出来的假定。

 

问:什么是局域实在论?

答:简单地说,就是什么都不能超光速,最早由爱因斯坦在提出狭义相对论时提出,后来在著名的EPR文章中明确。

 

问:为什么跟现有主流理解有那么大的差别?

答:现有主流理解的理论基础存在多处不严谨和错误。

 

问:主流理解有哪些不严谨和错误?

答:

1、基本定义不严谨。纠缠的基本定义是常数表达式,是过于简化的数学表达式,不物理。

2、量子场论已经证明低能光子是没有相互作用的(非常弱),不存在让两个单光子纠缠的理论依据。

3、物理的光子一定存在能量和时间不确定性,主流理解采用的常数表达不包含这些信息。

4、完全忽视了量子力学测量理论中,测量对体系的影响,认为在测量之前,光子是独立的客观实在。这是经典条件下对测量的理解,违反了哥本哈根学派的测量原理。

5、没有意识到非相对论量子力学存在很多局限,比如不能处理光子,没有相互作用,没有能级宽度,没有时间维。非相对论量子力学中的海森堡不确定性原理,本来是对上述问题的修正,但很遗憾没有引起足够重视。

6、提出的因果关系(一处测量导致远处坍缩)违背相对论,或者说,为类空间隔事件强行指定因果关系。

7、不能说明实验中出现的纠缠度随距离下降,和不同种类纠缠纠缠度不同的现象。用到的退相干理论不是基本理论。在真空中,对于低能光子,退相干理论根本不适用,因为量子场论已经证明了低能光子之间相互作用非常弱,光子与环境作用没有根据。如果光子能够在几千公里距离内退相干,我们应该连太阳都看不到。

8、主流理解错误的根本原因在于完全依赖非相对论量子力学。非相对论量子力学中,所有现象都是非局域的,光速无穷大,所有过程都是瞬时发生,因此“诡异”的超距作用是必然结论。(不考虑哈密顿量含时情况,这是另外一个问题)

 

问:实验中距离增加纠缠度下降是不是因为测量误差等原因引起的?

答:这个问题不由我回答,应该由实验结果发布者回答。他们应该在考虑了各种效应的基础上,保证发布数据的可信度。

 

问:那么量子纠缠究竟是怎么回事?

答:量子纠缠是实验设置的结果。从每个光子看来,由于其波函数覆盖了测量装置,受到测量装置的影响,会根据两边测量的方式找到一个作用量最低的波函数,也就是最大纠缠态。

从光子的电磁波属性角度来看,光子发生器和测量装置一起构成一个谐振腔,纠缠态就是装置整体的谐振模式。

以偏振态纠缠为例,从最后的观测效果上看,光子只是知道了两边狭缝的夹角。因为光子波函数覆盖了两个狭缝,当然会根据两个狭缝的夹角相应调整。也就是求解光子波函数的时候,要把狭缝的方向作为边界条件提供给基本的场方程。

图像如下:源光子激发BBO晶体产生纠缠对。产生的时候,总是有一个偏振模式的,如果有测量,由测量的方式决定,如果没有测量,可能受到别的影响,如晶体结构形状,源光子状态等,也有一个偏振方向。这样后面就是简单脱离了。不应该产生偏振不确定的光子对。

这是针对每个单光子的,也就是每个光子都要在相同的条件下求解,得到同样的波函数。如果我们认为这是一个纠缠态,那么每个光子都是一个纠缠态。

 

问:为什么说光子自己跟自己纠缠?

答:见上一问。还有,这是对应量子干涉实验的一种说法,因为量子干涉实验中,主流的理解是每个量子自己跟自己干涉。我也理解为测量引起了干涉。

 

问:实验中的确产生了双光子,如何理解?

答:纠缠光子实验中,由于能量和动量守恒的要求,一次产生一对光子,考虑时间不确定性,该对光子产生同时受到了测量装置的影响,这里没有前后关系,是同时影响的。两边测量装置越近,影响越强,参与光子对产生越早,测得的纠缠度越高,反之亦然。

由于实验设置保证一次产生一对光子,所以上面关于光子自己跟自己纠缠的说法有些难以理解。能不能一次产生一个纠缠光子,这是一个问题。


问:有没有问题?

1、纠缠是测量的结果描述不够完整,纠缠光子对的产生是由光子发生器保证的。纠缠必须有光子发生器参与。

2、单个纠缠光子恐怕无法产生。关于光子的本质,我有一些考虑,单光子纠缠的说法与此相关,但还不成熟。这一说法在文章中应该删除,不影响前面的结论。

3、全同粒子的描述存疑。



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