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量子纠缠现象
(物理学上的时空与物质83)
‘量子纠缠’是出现在一个複合体系(即具有兩個以上成員的体系)中的一类
量子現象,它表现为一个複合体系可出现一類特殊的量子态,此量子態無法分解
為该体系每一成員各自量子態的相乘积。
若拿两颗以相反方向、同样速率等速运动之电子来作为例子,如果它们存
在量子纠缠现象,即使当这两颗电子相距遥远,它们仍可保有某种关联性
(correlation),当其中一颗被操作(例如量子测量)使其状态发生变化,另一颗
也会即刻发生相应的状态变化,仿佛这两颗电子拥有超光速的秘密联系。这与
狭义相对论中作用的局域性(locality)相违背,目前物理学的主流理论把这种
因量子纠缠所引起的瞬时作用解释为与整个空间有关的非局域性作用。
研究量子纠缠现象,不仅可以更深入地理解量子规律,而且这方面的研究已成
为量子信息科学与量子信息技术的基础理论和核心技术。近年来量子信息科学
与技术(包括量子计算机、量子通讯、量子密码术等方面的理论和实验)均取得
重要突破, 已引起各国政府和科技界高度重视。量子信息科学与技术的发展必将
对人类的物质和精神生活发挥难以估量的巨大影响。
为使本文读者对‘量子纠缠’现象有个较为正确的初步理解,让我们来稍为详细
讨论一下,如何描述由两顆電子(電子1和電子2)组成体系的量子纠缠状态?这个体
系的量子状态是電子1和電子2的位置坐标、自旋在任意方向上的投影以及时间参数
的函数,因此这个体系的一般量子状态可表示为
态函数中的时间变量的物理意义所决定了的。我们已指出,目前物理学的主流
理论把这种因量子纠缠及缩并所引起的瞬时作用解释为与整个空间有关的非局
域性作用。这样就要认为量子理论可以有一部分满足因果关系(例如薛定格方
程可满足因果关系),也可以在有一部分不满足因果关系(例如测量某一物理量
发生波包的缩编时或存在量子纠缠时),并且在量子理论中,相互作用既可以是
局域的、也可以是全域的,即可以是瞬刻传播的、不需要一段传播时间(例如量
子纠缠现象)。这样对如何建立和理解量子理论和它与时空的关系就会出现许多
困难。本文作者认为,把波包的缩编或量子纠缠时出现的瞬时性用複合体系的状
态函数中的时间变量的同时性来解释,更为简单直接。
参考文献
[7.4] 布洛欣采夫. 1959,“量子力学原理(上册)”,叶蕴理、金星南译,高等
教育出版社,北京.
[7.10] 宋鹤山等.2004,“量子力学”,大连理工大学出版社,大连.
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