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非定域性质研究之二

已有 3066 次阅读 2010-8-4 09:58 |个人分类:物理学哲学量子信息哲学|系统分类:人文社科|关键词:非定域性,实在性,转移性,量子,开放目的隐形传态| 量子, 实在性, 非定域性, 转移性, 开放目的隐形传态

吴国林
第二、非定域性具有实在性、独立性与转移性,它可以创生,也可以消灭。
如果我们把量子纠缠作为非定域关联的实质,那么,非定域关联就具有独立性与转移性。在量子纠缠交换(quantum swapping)中,如果粒子1与粒子2之间有EPR关联(非定域性),粒子3与粒子4之间有EPR关联(非定域性),当我们对粒子2与粒子3之间用贝尔基测量时,即投影到EPR关联上,那么,粒子1与粒子4之间必然瞬间处于EPR关联(非定域性),即粒子1与粒子4之间具有非定域性。这就是说,粒子之间的非定域性发生了转移。可见,非定域性具有独立性,具有客观性,反映了粒子之间的某种客观联系。
要使两个微观粒子之间具有非定域关联,可以通过相互作用来产生。比如,用联合贝尔基进行直接测量就可以得到非定域性。也可以通过无直接相互作用(如间接方式,例如量子纠缠交换实验)来产生。量子客体具有非定域性,通过测量其中一个粒子,就可以使粒子具有的非定域性转化为定域性,即量子客体转化了经典客体。
量子非定域性的实在性也表现在量子算法与量子计算之中。从量子算法与量子计算来看,波函数(或几率幅)都具有物理实在的意义,波函数描述了微观物质(量子系统)的状态和运动(演化)性质,微观客体的运动具有可逆性。量子计算充分利用了微观物质的非定域性。微观物质非定域性表明,微观客体既在这里,又在那里,这是量子并行计算的根本基础,它不同于经典计算机的并行计算。这充分体现了亦此亦彼的辩证逻辑。
非定域性的实在性体现在波函数之中。波函数描述了量子实在。从薛定谔波动方程来看,波函数的演化具有因果性,但实质上,波函数具有非定域性。当人们对一个粒子的空间波函数进行某种测量时,测量坍缩将导致空间波函数的改变。这是涉及整个空间分布的改变,而不是局域的变化和局域变化在空间中的传播。我们认为,当量子纠缠确认为一种客观性关联,并且作为量子算法和量子计算的根本性基础,有关波函数的实在性论争应当告一段落了,波函数就是微观实在与量子信息的统一,波函数表达的几率波的实在性质不同于经典力学的粒子和波的实在性质。
在开放目的的隐形传态中,反映微观事物性质的量子信息以非定域的方式联合存储于几个不同的空间位置上。所谓开放目的隐形传态,是指一个未知的单光子态将会被传送到一个 N 粒子的相干叠加态上,通过对其中任意的N-1个粒子做一定方向的投影测量,被传递的未知量子态就可以在剩下的那一个粒子中读出来。由于N-1个粒子的投影测量是任意的,因此,被传送的未知量子态可以在 N个粒子的任何一个粒子上被读出。设有一个未知粒子1的状态为,另有粒子2、粒子3、粒子4和粒子5处于四粒子GHZ纠缠态。为将未知粒子1传递到粒子2、3、4或粒子5中的任意一个粒子上,我们对粒子1和粒子2进行贝尔基测量。
当对粒子1与粒子2进行贝尔态测量后,未知粒子1的系数(即量子信息)α与β就瞬间传递给三粒子态上,这三个粒子可能以类空方式关联。比如当粒子1与粒子2处于态一种贝尔基,则粒子3、4和5处于
 
 
态,显然,量子信息α与β已经按照空间非定域的方式被联合存储于三个地方。中国科技大学潘建伟教授领导的小组已于2004年成功完成了五粒子纠缠态以及终端开放的量子态隐形传输的实验。(Zhao Zhiet al. p.54-58.)可见,量子信息可以被非定域存储,它不受距离的影响。而经典信息只能定域存储。




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