God does not play dice with the universe.

“無論如何，我都確信，上帝不會(huì)擲骰子。”

——愛因斯坦

1905年，愛因斯坦使用量子理論對光電效應(yīng)進(jìn)行了全面的解釋，量子力學(xué)由此迎來了其黃金時(shí)代，雖然因?yàn)檫@個(gè)成就獲得了1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但愛因斯坦對量子理論是持懷疑態(tài)度的，尤其是在哥本哈根解釋出來后，愛因斯坦更是表現(xiàn)出強(qiáng)烈的批判態(tài)度。

于是也就有了上面的言論。

但出人意料的是，對量子力學(xué)的批判反而成就了今天對量子計(jì)算至關(guān)重要的理論：量子糾纏。

量子糾纏的由來及證實(shí)

1）EPR佯謬

哥本哈根解釋出來之后，愛因斯坦認(rèn)為這種解釋有點(diǎn)“實(shí)證論”的感覺，而愛因斯坦是主張“實(shí)在論”的，這是一種哲學(xué)觀點(diǎn)上的分歧，用愛因斯坦的經(jīng)典問題“月亮在沒人看時(shí)存在嗎”來闡述這兩種哲學(xué)觀點(diǎn)之間的差別就是：

實(shí)證論：月亮在沒人看時(shí)不存在那里，只有看時(shí)她才存在；

實(shí)在論：月亮無論有沒有人看，她都一直在那里；

在某種程度上，物理學(xué)尤其是量子力學(xué)的紛爭，很大程度上是哲學(xué)的紛爭，于是，愛因斯坦決定提出一個(gè)佯謬來批判哥本哈根解釋。

1935年，愛因斯坦聯(lián)合波多爾斯基和羅森，發(fā)表了論文《能認(rèn)為量子力學(xué)對物理實(shí)在的描述是完全的嗎》對量子力學(xué)進(jìn)行批判，這個(gè)批判后來以這三位科學(xué)家名字首字母命名為EPR佯謬。

佯謬就是悖論，意思就是要提出一個(gè)假設(shè)，并推導(dǎo)出自相矛盾的結(jié)果來反擊對方。

大家聽過的比較有名的悖論如祖母悖論，就是一種佯謬，假如你旅行到過去，在自己父親出生前把自己的祖父母殺死，就會(huì)產(chǎn)生一種悖論：你回到過去殺了你年輕的祖母，祖母死了就沒有父親，沒有父親也不會(huì)有你，那么是誰殺了祖母呢？

EPR佯謬的主要內(nèi)容是(引用來自物理學(xué)家也是知乎大V傅渥成《宇宙從何而來》的闡述)：

在量子力學(xué)中，由于存在著不確定關(guān)系，我們無法同時(shí)確定一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量。但如果我們研究兩個(gè)狀態(tài)相互影響的粒子，就有可能構(gòu)造出一種有趣的情況，例如兩個(gè)粒子（記作A和B）的位置之差和動(dòng)量之和可以同時(shí)確定。愛因斯坦及其合作者于是想象對這對粒子進(jìn)行兩次測量，其中第一次測量只測粒子A的動(dòng)量p，那么我們即使不測量粒子B，也可以知道它具有動(dòng)量-p；而第二次測量時(shí)，我們只測粒子A的位置，隨后，粒子B的位置也就很容易地可以確定了。這看起來似乎還有一定的合理性，無非是將量子力學(xué)的解釋推廣到了兩個(gè)粒子的情況，一旦測出其中一個(gè)，另一個(gè)粒子的狀態(tài)也就立刻確定下來了。不過，很容易就會(huì)發(fā)現(xiàn)，只要我們不斷增加兩個(gè)粒子間的距離，就有可能出現(xiàn)一個(gè)不可調(diào)和的矛盾——量子力學(xué)的“測量”引起了信息的瞬時(shí)傳遞，因?yàn)闊o論兩個(gè)粒子之間相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子狀態(tài)的確定都可以影響另一個(gè)粒子的狀態(tài)，這似乎可以看成是信息在以超過光速的速度“傳播”，而這是非常荒謬的。通過這種構(gòu)造，愛因斯坦等人的文章聰明地讓量子力學(xué)的哥本哈根解釋充分暴露出其問題，愛因斯坦將這種距離遙遠(yuǎn)的物體間的相互影響稱為“鬼魅般的超距作用（spooky action at a distance）”。

EPR佯謬推導(dǎo)出的矛盾是信息的傳播不可能超過光速，由此來反擊哥本哈根解釋。

EPR佯謬還有一個(gè)核心要點(diǎn)，那就是要把多個(gè)粒子以一個(gè)整體來對其動(dòng)量和位置進(jìn)行測量，之后再分開處理，而實(shí)際上我們現(xiàn)實(shí)世界的物質(zhì)就是由多粒子組成的，因此這樣的假設(shè)也是站得住腳的。

為了簡化模型愛因斯坦是以兩個(gè)粒子來進(jìn)行處理的，先測量整體，再假設(shè)測量了其中一個(gè)粒子，從而瞬間推導(dǎo)出(而不必再測量)另外一個(gè)粒子的動(dòng)量或位置，無論另外一個(gè)粒子在哪里，都能瞬間推導(dǎo)出結(jié)果，這就使得信息可以超光速傳播，從而違反基本物理定律。

2）戴維·波姆的簡化

EPR佯謬提出之后，在物理學(xué)界引起了巨大的反響，其中科學(xué)家戴維·波姆將其內(nèi)容簡化為：

考慮兩個(gè)自旋為 1/2的粒子A和B構(gòu)成的一個(gè)體系，在一定的時(shí)刻后，使A和B完全分離，不再相互作用。當(dāng)觀察者測得A自旋的某一分量后，根據(jù)角動(dòng)量守恒，就能確定地預(yù)言B在相應(yīng)EPR佯謬方向上的自旋值。由于測量方向選取的任意性，B自旋在各個(gè)方向上的分量應(yīng)都能確定地預(yù)言。所以他們認(rèn)為，根據(jù)上述實(shí)在性判據(jù)，就應(yīng)當(dāng)斷言B自旋在各個(gè)方向上的分量同時(shí)具有確定的值，都代表物理實(shí)在的要素，并且在測量之前就已存在，但量子力學(xué)卻不允許同時(shí)確定地預(yù)言自旋的8個(gè)分量值，所以不能認(rèn)為它提供了對物理實(shí)在的完備描述。如果堅(jiān)持把量子力學(xué)看作是完備的，那就必須認(rèn)為對A的測量可以影響到B的狀態(tài)，從而導(dǎo)致對某種超距作用的承認(rèn)。

在玻姆的描述中，其矛盾表現(xiàn)得更為尖銳。

3）薛定諤提出“量子糾纏”概念

在戴維·波姆之后，薛定諤也發(fā)表了與這種現(xiàn)象有關(guān)的論文，并將這種現(xiàn)象命名為“量子糾纏（quantum entanglement）”。

為了更為通俗的理解量子糾纏，知乎大V傅渥成在《宇宙從何而來》一書中，用經(jīng)典世界中的手套來打比方，對此進(jìn)行了闡述：

假如我們買了一副手套，隨后我們將這副手套中的一只（可以是左手或右手的手套）發(fā)射到太空中，此時(shí)，我們已經(jīng)無法再直接“測量”處在太空中的那只手套的狀態(tài)，但我們只需查看手邊的那一只手套的狀態(tài)，就可以很容易地推斷出另一只手套的狀態(tài)，這也是一種“糾纏”性質(zhì)的反映。

無論如何闡釋，量子糾纏那種“超光速的信息傳播”的矛盾，始終無法得到有效的調(diào)和。

4）貝爾不等式

哥本哈根解釋影響力太過深遠(yuǎn)，很多科學(xué)家都已經(jīng)加入到了這個(gè)陣營，但愛因斯坦等人提出的EPR佯謬，又帶來了一個(gè)不可調(diào)和的矛盾，因此，有很多科學(xué)家希望調(diào)和這種矛盾，做哥本哈根解釋和EPR佯謬二者之間的和事佬。

愛爾蘭物理學(xué)家約翰·斯圖爾特·貝爾就是其中之一，既然愛因斯坦認(rèn)為哥本哈根解釋描述的量子力學(xué)是不完備的，那么量子力學(xué)的背后應(yīng)該隱藏了一個(gè)尚未發(fā)現(xiàn)的理論，后來這個(gè)也發(fā)展為隱變量理論。

隱變量理論最知名者為德布羅意-玻姆理論。

但德布羅意-玻姆理論的隱變量理論是非定域性的，貝爾曾經(jīng)是此理論的少數(shù)支持者之一，不過之后貝爾認(rèn)為應(yīng)該存在局域的隱變量理論。

終于，在1964年，貝爾提出一個(gè)著名的不等式，后來就叫做“貝爾不等式”。

該定理在定域性和實(shí)在性的雙重假設(shè)下，對于兩個(gè)分隔的粒子同時(shí)被測量時(shí)其結(jié)果的可能關(guān)聯(lián)程度建立了一個(gè)嚴(yán)格的限制。

而量子力學(xué)預(yù)言，在某些情形下，合作的程度會(huì)超過貝爾的極限，也即，量子力學(xué)的常規(guī)觀點(diǎn)要求在分離系統(tǒng)之間合作的程度超過任何“定域?qū)嵲谛浴崩碚撝械倪壿嬙S可程度。貝爾不等式提供了用實(shí)驗(yàn)在量子不確定性和愛因斯坦的定域?qū)嵲谛灾g做出判決的機(jī)會(huì)。

簡單的說，貝爾不等式提出的最大意義，在于使得EPR佯謬(量子糾纏)可以用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

從二十世紀(jì)七十年代開始，科學(xué)家們開始通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證量子力學(xué)的貝爾不等式。1982年，法國物理學(xué)家艾倫·愛斯派克特（Alain Aspect）最早用實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了量子糾纏，而到2015年時(shí)，貝爾不等式已經(jīng)得到了幾乎無漏洞的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，愛因斯坦最終在這場爭論中落敗，在量子力學(xué)的框架下，的確存在“鬼魅般的超距作用”。

奇妙的比喻

物理學(xué)往往是違背人類直覺的，比如第一個(gè)人提出地球是圓的時(shí)，沒人能相信這是真的，但此時(shí)如果有人打了一個(gè)比方：一個(gè)足球，上面有一只很小的螞蟻，這只螞蟻一定不會(huì)以為這個(gè)足球是圓的，因?yàn)槲浵佁×?#xff0c;而足球?qū)τ谒鼇碚f太大了，螞蟻看到的只是平坦的平面而已。

而人就是地球上的螞蟻，是不是就能理解為何我們看不到地球是圓的了。

一個(gè)恰當(dāng)?shù)谋扔?#xff0c;可以幫助大家理解違背直覺的物理定律。

今天，聞西就斗膽以一個(gè)比喻來解釋量子糾纏吧：

假設(shè)這兩個(gè)粒子是你和你的女友，你們正處于熱戀中。

所以，你和你女友纏綿在一起，即使你們遠(yuǎn)隔千里，也仍然心系對方，你知道，在你思念她的同時(shí)，她一定也在遠(yuǎn)方思念著你。

這就是量子糾纏。

為了更進(jìn)一步解釋量子退相干，我們假設(shè)你和你女友之間的思念是可以量化的，用權(quán)重來表示，最高為10，因?yàn)榇藭r(shí)你們處于熱戀中，你們的思念權(quán)重就是最高值10。

不過最近你周邊出現(xiàn)了一個(gè)美麗的妙齡女子，溫柔可人，她總是喜歡時(shí)不時(shí)的過來和你聊聊天，有時(shí)候還暗送秋波，一開始你還沒啥感覺，畢竟你和女友還心系對方，互相思念。

但漸漸地，你發(fā)現(xiàn)，你開始對這個(gè)妙齡女子有點(diǎn)感覺了。

是的，你開始動(dòng)搖了。

這個(gè)妙齡女子對于你和女友之間的纏綿，造成了干擾，這就是量子干擾。

隨著時(shí)間的推移，你對女友開始沒這么思念了，你們的思念權(quán)重也慢慢降低了，降到了5。

但此時(shí)，你們還是相干的。

再過了一段時(shí)間，你發(fā)現(xiàn)你對女友根本沒有了感覺，于是和她分手了，你們的思念權(quán)重變成了0。

此時(shí)，你們退相干了，這就是量子退相干。

你和妙齡女子建立了戀愛關(guān)系，量子糾纏發(fā)生了變化。

如果此時(shí)，有一個(gè)你的情敵出現(xiàn)了，這就又要出現(xiàn)了量子干擾了，你和妙齡女子的量子糾纏，恐怕又要發(fā)生量子退相干了。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的单脉冲雷达的相干干扰的研究文章_什么是量子纠缠和量子退相干？这个比喻太绝了！...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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