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量子纠缠现象是否证明存在更高维度?

分享我的看法,思路是:简述量子纠缠的概念→列出流行解释→回顾科技动态→提出我的解释,仅供参考。

一,量子纠缠的概念。

(一)量子纠缠是两个粒子短暂时耦合后,单独搅扰其中任意一个粒子,会影响到另一粒子。多子系统量子态无法分解为各自量子态之张量积。


(二)物理学存在A,B,C几个态,当“t<”时,这些态之间“当t=”与“当t>”不存在相互作用。量子系统ABC用Hibert空间HABC=HA×HB×HC中矢量|Ψ(t)>A,|Ψ(t)>B,|Ψ(t)>C来描述,这样的态被称为Hibert空间直积态,否则称态|Ψ(t)>A,|Ψ(t)>B,|Ψ(t)>C是纠缠态。若存在纠缠态,就至少要有两个以上的量子态进行叠加。双光子纠缠态,光子既非左旋也非右旋,既无x偏振也无y偏振,无论自旋或其投影,在测量前并不存在,未测时的二粒子态不可分割。

(三)设x1x2代表两粒子坐标,二者纠缠度可理解为Ψ(x1,x2)≠φ(x1)φ(x2) φ(x1)*φ(x2)。其中φ(x1)φ(x2)是经典力学可直觉的“直积式”,φ(x1)*φ(x2)是量子力学神秘的“纠积式”。纠缠的粒子数量越多,越偏离经典力学,获得可利用的量子效应机会就越大。


二,关于量子纠缠的解释。

(一)玻尔派的解释:粒子态函数是该粒子在某处的概率密度,即所谓的互补原理。

(二)玻姆派的解释:隐变量是态函数的根源,旨在微观领域恢复决定论或因果论。量子世界的粒子仍沿着精确连续轨迹运动,不仅受力还受量子势影响。隐变量既取决于系统也取决于仪器。遗憾的是,“轨迹”永不可见,隐变量粒子的位置和速度,原则上不可测。

(三)统计论解释:态函数是物系运动的统计分布,不需要预定的动力学变量的集合。


三,关于量子纠缠的科研动态

科学界通常利用晶体的非线性生产多光子纠缠态,但难度随光子数增加而指数增大。纠缠态被用来做量子隐形传态、量子密钥分配、量子计算。然而,受实验条件限制与环境噪声,所制备的很难是纯纠缠,受环境干扰退化为混合态,导致信息失真。纠缠速度是光速几千倍,无法用来做超光速传递信息。历史回顾如下。

①1997年,奥地利蔡林格小组首次完成“量子态隐形传输”的原理性验证。②2000年美国国家标准局在离子阱系统上实现“4离子纠缠态”。③2004年利用多瑙河底光纤信道将“超时空穿越”提高到600米,但光纤信道损耗和环境干扰,距离难以大幅度提高。④2004年合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部首次成功实现5光子纠缠的操纵。⑤2004年,中国科大潘建伟、彭承志等早在2005年就在合肥创造了13公里的自由空间双向量子纠缠“拆分”、发送的世界纪录,验证了在外层空间与地球之间分发纠缠光子的可行性。⑥2005年美国国家标准局和奥地利因斯布鲁克小组分别实现了6个和8个离子纠缠态。⑦2007年中国科大与清华大学联合小组在北京架设16公里自由空间量子信道,取得关键技术突破,2009年实现最远距离的量子态隐形传输,证实隐形传输穿越大气层的可行性,为卫星中继量子通信网奠定基础。⑧2011年中科院量子信息重点实验室李传锋/黄运锋在郭光灿院士领导下,制备“8光子纠缠态”或GHZ态,完成八端口量子通信复杂性实验,展示量子通信抗干扰能力强、传播速度快的优越性。

四,本人关于量子纠缠的解释。

我认为,单光子双缝干涉实验可以解释量子纠缠的机理。注意到:若没有双缝,就不会干涉,为什么?


单光子不可能同时穿越两个缝隙。从双缝出来的两组扇形“量子波”,相互共振或纠缠有强有弱,才会在底屏留下明暗相间的条纹。

这些“量子波”是什么?显然不是光子波,而是单光子推压若干真空涟漪形成的物质波。


相隔两处的两个光子,二者都会产生真空涟漪携带光子能量的物质波,其相互纠缠与双缝干涉机制是同一个道理。

自从迈克尔逊莫雷实验,否定了静态的真空以太存在之后,也同时否定了以光速运动的真空涟漪,关于光的传播与量子纠缠的解释,就陷入了难以自圆其说的尴尬局面。

毫无疑问,量子纠缠扯就在三维空间发生,可以投影到二维复平面简化处理,根本扯不上什么高维空间机制。

就量子纠缠速度问题:就刚刚发射A光子之初,已经存在遥远的B光子(距离为d)的物质波就在A光子发生器附近,立即开始纠缠,但是纠缠信息到达B光子的时间t=d/c,不可能瞬时到达。

如何提高制备量子纠缠的纯度,其技术方向有四个:①确保参与纠缠的各个光子具有相同的频率,满足共振条件;②所选频率要尽量避免与两地之间可能存在干扰频率相近。③研究清楚卫星与地球之间噪音频率分布。④尽量选择伽玛射线频谱的高频光子,此类在地球与卫星环境中分布极少。

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