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量子纠缠可以改变事件发生后的结果,通过时间进行通信

 timtxu 2018-03-08
我们都知道,在这个世界上,行动是有因果的,而物体是作为一个事物存在的,所有的事物存在的前提是我们是否在观察它。而在量子世界里,这些规则完全被颠覆了。以量子纠缠为例。我们可以使两个量子粒子相互作用,然后把它们放在宇宙的两端,测量其中一个。无论我们得到什么测量结果,其他粒子都会瞬间呈现相应的质量,不管距离有多远。现在我们可以忘记距离,因为粒子甚至可以被时间纠缠。
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要理解量子纠缠,我们可以想象自己的左手和右手。如果我们打开盒子,看到一个右手手套,我们知道它的配偶是左撇子,即使它无处可寻。但在量子纠缠中,就好像打开盒子,看到右手手套,实际上是另一只手套转动了左撇子在发现一个左撇子和右撇子之前,它们都处于一种“叠加”状态,而且它们之间的关系都发生了变化。这就是爱因斯坦所说的“远距离诡异的行为”。事实证明,这种纠缠也延伸到了时间上。正如乔治·姆塞在《量子杂志》中所说的那样:“令人毛骨悚然的行动有时会拖延”。2013年,耶路撒冷大学的一个研究小组在实验室里证明了这种奇怪的现象。
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他们是这样做的:首先,他们将一对粒子(1和2,步调一致)纠缠在一起。接下来,他们测量了粒子1的一个性质(步骤二)当他们测量量子系统中的某样东西时,这件东西就死了。所以粒子1湮灭了。与此同时,当研究小组将一对新粒子3和4纠缠在一起时,粒子2继续前进。然后,他们用粒子2测量粒子3,将它们与旧配对的关系转移到新的2-3配对上(步骤四)。4号粒子自行飞走,最终由研究小组进行测量。这个测量与粒子1的测量相关,即使粒子4在粒子1死亡时并不存在。
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图1 时间线图:(一)光子1和2的产生,(二)探测光子1、(三)光子3和4的诞生,(四)光子2和3的贝尔投影,(五)光子4的探测
测量粒子1是否向未来发送信息影响粒子4?测量粒子4是否追溯性地改变了粒子1的测量?这两个问题都没有意义,因为,尽管很难揣摩,但量子系统并没有确定的性质。它们的属性会根据它们的度量时间和方式而变化。两种选择都是正确的。因为量子世界永远测不准。
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为了更好的理解量子纠缠,我们可以思考维也纳大学物理学家构想的这个理想实验。爱丽丝和鲍勃玩了一个掷硬币的游戏:他们轮流偷偷地扔硬币,然后把他们的结果和他们对对方扔在纸上的预测写下来。当他们完成后,他们把他们的论文给另一个人,而另一个人扔硬币。假如爱丽丝先抛硬币,然后她写下她的结果和预测,她把自己的论文交给鲍勃。爱丽丝的结果有50%的可能性是对的,但是鲍勃知道答案,所以鲍勃有100%的机会是对的。如果鲍勃先抛硬币,情况就恰恰相反了。不管他们做的顺序是什么,总体成功率总是能达到75%。但是如果我们没有把它们按照一定的顺序排列,当我们把纸换成了量子粒子,硬币抛出的结果用来测量粒子,我们就会得到85%的成功率。
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这很奇怪对吧?这就好像看到的结果追溯提高了玩家猜对的机会,好像他们可以展望未来。这就是纠缠的时间。这不仅仅是一个令人费解的思想实验。如果我们能利用它,它就可能对未来的技术产生重大影响。我们已经使用量子纠缠在空间加密通信了。如果我们能够通过时间做到这一点,未来或许能在技术上产生巨大的突破!
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