量子纠缠：爱因斯坦眼中的鬼魅般超距作用

从19世纪末到20世纪初，量子力学在大量物理学家的努力下得到了快速发展并被完善起来，解决了许多经典物理学理论无法解释的现象。

但在当时，物理学家们对于量子力学基本原理的解释并没有达成一致。正是由于各方都坚持己见，才有了著名的爱因斯坦与玻尔之间的论战。在论战中，爱因斯坦坚持的观点是：“上帝不会掷骰子。”并以此反对海森堡提出的不确定性原理。而玻尔对此反驳道：“亲爱的爱因斯坦，请你不要指挥上帝做什么。”就这样，爱因斯坦以一个悖论的疑问提出了量子纠缠。

关于量子纠缠的现象，在前期推送中，我通过两个关于硬币的例子进行了一个简单的介绍。但是在第二次介绍之前，我要说明一点，在真实的量子世界里，纠缠的粒子可以是两个或两个以上，而且纠缠的状态要比硬币的例子复杂得多。

以下内容（波尔的观点）来自往期推送《嘿！给大家介绍一只神奇的小猫咪》：

假设现在我手中有两枚硬币，我们把这两枚硬币假设成一对相互纠缠的粒子。当我抛掷硬币时，硬币最后会出现两种结果，要么正面朝上，要么反面朝上。现在我同时抛掷两枚硬币，落地后我随机观察其中一枚硬币的结果，若我观察到的硬币为正面，那么根据量子纠缠原理，另一枚硬币必定是反面（注意这是在假定两个硬币为一对相互纠缠的粒子的情况下，而在现实的宏观世界中，这种现象并不存在）。

如果还是不太明白，我再假设另一种实验。现将这对相互纠缠的硬币放置桌面，必定是一枚正面向上，另一枚反面向上。现在我将正面朝上的硬币翻过来改成反面朝上，那另一枚硬币会即刻转变为正面向上。而且不管这两枚硬币相距多远（哪怕是在宇宙两端），这种现象都会毫不延时的发生。

而爱因斯坦却不这么认为，他指出量子间的纠缠不像硬币例子里的那样，而是一对手帕分别装在两个箱子内。当你打开其中一只箱子看到一只手套时，如果它是左手手套，那么另一个箱子必定是右手手套。也就是说爱因斯坦认为量子纠缠是早已被安排好的，并不是由于某一粒子状态的改变使另一个粒子状态同时改变的。

后来贝尔进行了一次实验，实验的结果让他大吃一惊不敢相信，实验证明波尔是正确的，爱因斯坦是错误的。但此时的爱因斯坦早已逝世，他一直到死也没有完全认识到波尔其实是正确的。

在量子科技领域，量子纠缠被应用在量子计算和量子通信领域。其中最广为人知的便是量子通信。我国在2016年发射的墨子号量子科学卫星的主要任务就是实验基于量子纠缠现象所开发的量子通信技术。

以上内容来自360百科

量子通信的基本思想是：

将原物的信息分成经典信息与量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。在这个过程中，由于需要经典通道的参与，所以信息的传播速度并没有超过光速，这与相对论并不违背。

信息发送者首先对原物质进行某种测量从而获得经典信息，然后这一经典信息需要发送者通过经典信息通道（如电话，网络等）发送给接收者。发送者在测量中未提取的其余信息就是量子信息，接收者可以通过量子纠缠原理推测；接收者在获得了这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。但要注意的是该过程中传送的仅仅是原物质的量子态，而不是原物本身。

在这个过程中发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物质的量子态上。但纠缠态的非定域性在这个量子通信方案中起着极其重要的作用。

关于量子纠缠，虽是爱因斯坦提出，但他也无法正确解释并感到不可思议，所以称其为粒子间鬼魅般的超距作用。虽然最终证实爱因斯坦错了，但他对于量子力学的发展依然起到了重大作用并且他在物理学其他方面为人类指明了正确的前进道路。所以爱因斯坦在量子力学上的错误并不能否认他永远是人类科学史上的伟人。