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非相对论量子力学可以讨论量子纠缠吗?

已有 3029 次阅读 2018-12-6 22:14 |个人分类:量子力学|系统分类:观点评述| 量子纠缠, 量子力学, 相对论

为什么很多觉得解释清楚了量子纠缠,但是别人还是听不明白?为什么很多做量子信息研究的人也说自己不明白量子纠缠怎么回事?

量子纠缠是什么?按照量子信息研究者的理解,是一个隔无穷远还能瞬时精准反应的现象,是一个在所有惯性参照系看都“同时”发生的两个事件。只要了解一点现代物理学,谁都会觉得这一概念难以理解。

量子纠缠的一般定义:量子力学中,几个粒子相互作用,所有粒子的性质综合成为整体的性质,不能描述单个粒子,称这几个粒子量子纠缠。一般认为,量子纠缠是一种量子现象,没有经典对应。
如果对两个纠缠的粒子分别测量其物理性质,如位置、动量、自旋、偏振等,会发现这些性质存在关联。例如,假设一个零自旋粒子衰变为两个相反方向运动的有自旋粒子。沿某方向,测一个粒子的自旋,如果结果向上,则另一个粒子必向下,反之亦然。特别地,假设沿不同方向分别测量两个粒子的自旋,会发现结果违背贝尔不等式。纠缠测量很诡异:对其中一个粒子做测量,另外一个粒子似乎知道该测量的发生与结果,尽管没有任何信息传递机制,并且两个粒子相距很远。
在量子信息相关研究中,是在非相对论量子力学框架下讨论量子纠缠的。但非相对论量子力学只是一套近似理论。这套理论中,根本没有相互作用的概念。一般只是用一个唯象的、先验的势场,如谐振子势,库仑势,无限深势阱等,间接处理相互作用。
但量子纠缠就是相互作用(有些量子信息研究者认为量子纠缠不需要相互作用,首先他应该去查一下定义。如果一定要那么认为,就必须在哲学层面讨论了。如何做到在两个粒子之间没有相互作用的情况下,一个能瞬时影响另一个,我相信物理是没有办法了),量子纠缠的表达式是线性叠加态,而线性叠加态是没有相互作用的(线性要求分量间不存在相关,即独立),那么相互作用体现在哪里呢?
既然相互作用没有体现在讨论中,又怎么可以讨论量子纠缠呢?
特别地,量子纠缠讨论的最多,最常见的纠缠现象是光子对纠缠。但在非相对论量子力学框架中,也没有光子的概念。如果一定要定义,每个光子也是充满整个宇宙的一列平面波,讨论它们的距离是没有意义的。说某个光子被某个探测器探测到,首先不可能(光子充满整个宇宙,怎么就那么巧,正好被你的探测器探测到?),其次也是没有意义的,因为不知道探测到的究竟是哪个光子。
在原子或离子的纠缠中,比如两个金刚石色心之间的纠缠,需要一根光纤把二者联系起来。如果纠缠不需要相互作用,要这根光纤干嘛?




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