深度長文：解讀量子糾纏，這才是你想要的答案（5000字建議收藏）

世界上總會有更奇妙的東西存在，等待我們去發現。所以，某種意義上講，遺憾肯定是存在的，我們應該懂得享受幸福，而不應該沒有發現更奇妙的東西而有任何遺憾。

而量子糾纏或許就是當今科學家最美妙的東西，當然也是目前科學界的遺憾，如果能夠破解量子糾纏的本質，那將是最美妙的事情。

首先，量子糾纏到底是什么？

簡單來講，當兩個或多個粒子發生相互作用之后，單個粒子所擁有的屬性已經轉換為整體屬性，這時候就無法描述單個粒子的屬性，只能描述整體屬性，這種現象就被稱為量子糾纏。

拿宏觀世界來打個比方，有兩只鞋子，本來毫無關系，如果這兩只鞋子發生相互作用，也就是組成了一雙鞋子，這時候就相當于量子鞋子發生了“糾纏”，我們只能描述一雙鞋的屬性了，單個鞋子的特性就會被掩蓋。當然，這個比喻不太嚴謹，大家明白就行了。

這里強調一點，量子糾纏只會作用于量子系統里，而在經典力學中，并不存在這種現象。

舉個例子，假如一個自旋為零的基本粒子發生了衰變，衰變成以相反方向自旋的粒子，一個向上，另一個向下。當我們測量其中一個粒子時，如果測量到的自旋方向為上，那么另外一個粒子的自旋方向必定為下，反之亦然。

也就是說，不管把這兩個粒子分開有多遠，哪怕分別位于宇宙的兩端，只要我們對其中一個粒子進行測量，比如說得到的自旋方向為上，那么立刻就能知道另外一個粒子的自旋方向為下。

更不可思議的是，在我們對其中一個粒子進行測量時，另外一個粒子好像能瞬間感應到我們的測量行為，立刻表現為相應的自旋方向，而科學家并沒有發現兩者之間有任何信息傳遞，一切都是瞬間完成的。

而且，當我們測量的一瞬間，這兩個原本糾纏中的粒子就失去了關聯，不再彼此發生糾纏，就像是從無話不談的朋友，瞬間變成“陌生人”一樣。

看到這里，你應該會明白量子糾纏有幾個特點。

第一，量子糾纏只會發生在微觀世界，在現實世界里是找不到的，但僅僅是目前找不到，未來或許能夠發現，或者說因為宏觀世界的物體質量太大了，糾纏現象非常不明顯罷了，所以我們發現不了宏觀世界的糾纏現象。

第二，發生糾纏的粒子必須是兩個或者以上的量子系統。而系統本身就是整體性，所以說發生糾纏的量子是一個整體，拎出來一個單獨的粒子去討論其實是沒有意義的。

第三，量子糾纏的速度和距離問題。理論上不管多遠，量子糾纏現象都能發生，但實際上要讓兩個或多個粒子在現實中保持糾纏是很難的事情，因為現實中存在太多的干擾，很多干擾是根本無法排除的，而任何形式的干擾都可能影響到糾纏粒子的整體性，實際上就相當于觀測行為，而任何觀測行為都可能讓糾纏狀態立刻中止。

中國科技大學教授潘建偉，在研究量子態隱形傳輸方面頗有建樹，早在2005年，潘建偉領導的小組就實現了13公里遠的自由空間雙向量子糾纏“拆分”和發送，創造了新的世界紀錄。

而到了2007年，清華大學研究小組又把這個距離擴大到16公里，并在2009年實現了當時最遠距離的量子態隱形傳輸。

以上這些研究也為中國未來的全球化量子通訊系統奠定了堅實的基礎，同時也證實了量子態隱形傳輸的確實具有可行性。

但從量子態隱形傳輸的距離能夠看出，現實中量子糾纏的距離其實是非常有限的，要想實現更遠的量子糾纏基本不可能，對各方面的要求太高了，人類根本就做不到。

看到這里，或許很多人會有這樣的疑問：如何制造出相互糾纏的粒子呢？

科學家是地球上最聰明的一群人，他們肯定有辦法。其實方法也并不難，當然是操作起來會比較復雜， 但是原理很容易理解。

用激光束照射在偏硼酸鋇晶體上，就能制造出很多相互垂直的偏振光子，實際上就是糾纏光子對。

從中我們也能夠看出，量子糾纏并不是隨便就能發生的，有很強的“同源”規則，并不是隨隨便便拿出兩個手電筒，打開手電筒之后，光子們就會自動發生糾纏，遠沒有這么簡單。

其實一開始量子糾纏現象并沒有引起足夠的重視，甚至被認為是量子力學的“漏洞”，而愛因斯坦也曾經用量子糾纏這個“漏洞”質疑量子力學的不完備性，認為一定還存在其他未被發現的隱變量。

這還要從EPR悖論開始說起，為了論證量子力學的不完備性，愛因斯坦，羅森和波多爾斯基三人合作完成了一篇著名的論文《論量子力學的不完備性》。EPR，分別是以上三位科學家名字的首字母。

而薛定諤在閱讀了那篇論文之后，首次提到了“糾纏”這個詞語，之后，量子糾纏才開始被越來越多提到，用于描述量子世界里兩個耦合的粒子之間的關系。

其實無論是薛定諤還是愛因斯坦，對量子糾纏的概念都很不滿，原因很簡單，就是因為量子糾纏看起來違反了經典世界里的光速限制，愛因斯坦甚至諷刺量子糾纏現象為“鬼魅般的超距作用”。

EPR論文的主要目的是為了用傳統的經典物理學代替看起來不可思議的量子力學，具體來講就是通過建立定域性隱變量來代替量子力學，定域性通俗理解就是光速限制。那么這個隱變量是否存在就成為問題的關鍵。如果隱變量存在，那么就能證明量子力學確實應該被經典物理取代，如果隱變量不存在，表明量子力學的詭異現象確實存在，不會被經典物理取代。

時間到了1964年，著名物理學家約翰貝爾給出了自己的論文，結果表明量子力學的預測與定域性隱變量理論有很大不同。概括起來就是，如果兩個粒子朝著不同的方向自旋，那么量子力學測量到的關聯性要比定域性隱變量強不少。

而貝爾不等式能定性地給出兩者之間的差別，通過做實驗也可以觀測到這種差別，物理學家們確實做了很多實驗來檢驗貝爾不等式。

而實驗結果與量子力學的預測相符，這意味著實驗結果與定域性隱變量并不相符，所以愛因EPR論文提出來的隱變量理論并不成立。這也表明量子力學的很多詭異現象，比如說量子糾纏現象確實存在。

通過科學家們的不懈努力，能夠讓距離更遠的糾纏粒子保持糾纏態。比如說我們的墨子號量子實驗衛星，在2017年就實現了距離1200公里遠的量子糾纏。

看到這里，可能你還有很多疑問，比如說，量子糾纏是否真的超光速了？如何運用量子糾纏來給信息加密？量子糾纏的機制到底是什么？

可以明確告訴你，量子糾纏并沒有超光速傳播信息，但作用過程是瞬間完成的，甚至超過光速10000倍，不過嚴格來講量子糾纏過程并沒有傳遞任何信息，所以并沒有違反愛因斯坦的相對論。就如剛開始所說，糾纏中的兩個粒子就像一雙鞋的左右兩只鞋那樣，當我們知道其中一只鞋是左鞋時，立刻就知道另一雙鞋是右鞋，這個過程并不沒有傳遞任何信息。

說白了，量子糾纏描述的是整體系統，而非單個粒子，本來就是一個整體，就不存在所謂的距離問題。

而網絡上有些人會把量子糾纏定義為“心靈感應”，眾所周知，心靈感應在我們看來是瞬間傳遞的，比如說雙胞胎之間可能就會有某種心靈感應。其實這種東西有些玄乎，或許真的如此，但畢竟科學是嚴謹的，起碼目前科學界并不認同量子糾纏與心靈感應之間的關系，我們可以這樣思考，甚至可以以此寫一篇科幻文章，都是可以的，但用來科普就不太合適了，畢竟科學是嚴謹的。

當然，理論上的確能夠利用量子糾纏來完成瞬移，只不過在實現瞬移之前需要把瞬移的人或者物體的信息傳播到指定地點，而這個過程其實還要受限于光速，也就是說，還是經典物理學中的信息傳播。

舉個例子，假如你在地球上，想瞬移到4.3光年外的比鄰星上，該怎么辦呢？首先需要把組成你身體的量子信息傳播到比鄰星上，這個過程需要4.3年時間。之后就可以利用量子糾纏原理，把你的量子信息通過糾纏的方式重組，這樣你就能瞬間傳遞到4.3光年外的比鄰星。

只不過，這里存在一個邏輯甚至倫理上的問題，在地球上消失的你，與在比鄰星上重組的你是否是一個人呢？從信息本身來講，你們的組成結構的確是一樣的，但你們的思想，經歷和性格是否相同呢？這是一個大問題。

也就是說，通過量子糾纏實現的瞬移，瞬移過去的只是你的身體，那么你的意識方面的東西會怎么樣呢？我們并不知道。

而平時我們所說的“量子通信”其實并不是利用量子糾纏來傳遞信息，而是用來給信息加密，也叫做“量子密鑰分發”。具體什么意思呢？

舉個例子，糾纏中的粒子一旦被任何人觀測，立刻就會發生坍縮，從糾纏態坍縮為本征態，而這種明顯的變化立刻就會引起信息發送者的警覺，發送者立刻就會知道有人在竊取信息了，這時候就需要對信息重新進行加密，防止信息被竊取。

能夠看出，通過量子糾纏這種方式給信息加密，可靠性幾乎是百分之百的，任何竊取信息的行為都會被瞬間發現。因為任何竊取信息的行為實際上就是在觀測信息，而任何觀測行為都會對糾纏中的量子產生影響。

所以，“量子密鑰分發”的方式給信息加密，完全不同于傳統的信息加密技術。我們的傳統信息加密技術，理論上完全可以破解而不被發現，但用“量子密鑰分發”的方式加密之后，再高級的竊取行為都會瞬間被發現，讓竊取信息者無處遁形！

最后一個問題：量子糾纏的機制和本質到底是什么？

其實我們沒必要把量子糾纏現象看得太神奇，正如最開始所說，糾纏中的量子系統是由兩個或多個子系統，也就是單個粒子組成的，而整體系統表現出來的物理性質，子系統是不可能表現出來的。

也就是說，我們只能描述整體系統的物理性質，而子系統是不會體現出這種物理性質的。

還拿一雙鞋來打比方，一雙鞋就是整體系統，而一只鞋就相當于子系統。對于我們來講，一雙鞋才有意義，才能表現出鞋子的物理性質，而一只鞋其實是沒有這種物理性質的。說白了，兩只鞋具有不可分性，分開了就失去了意義。

當然，這只是打比方，你非要說“一只鞋也可以穿啊”，那就沒有意思了。

同時，這種不可分性與空間無關，所以無論將子系統放在多遠相距多么遙遠的地方，仍舊具有這種特性。顯然這也凸顯出了量子糾纏的不可分性與定域性的不同。在EPR悖論里，兩個被分割很遠的粒子，其整體系統仍舊是可分的。而量子糾纏系統則不同了，整體系統是不可分的。實際上這也像是“蹺蹺板”游戲，蹺蹺板永遠是不可分的，兩者是一個整體。

說白了，糾纏中的粒子本質上還是一種東西，看起來是兩個相距很遠的東西，但它們仍舊是一個整體，用數學語言來表述就是，糾纏中的粒子仍舊用一個波函數來描述，這樣就很好理解了，在一個波函數下，任何單個粒子的狀態改變，勢必瞬間會引起另一個粒子的狀態發生相應改變。

以上就是我對量子糾纏的解讀，希望能讓你對量子糾纏有全新的認識。也有人會提出更加瘋狂的觀點，認為量子糾纏現象來源于高維度，糾纏中的粒子通過高維度傳遞信息，而在高維度完全可以不受光速限制，所以糾纏中的粒子能瞬間感應到彼此。

這種觀點目前來看仍舊屬于科幻層面，因為人類甚至不知道高維度到底存不存在，我們并不知道高維度在哪里，如何才能前往高維度。

人類對量子力學和量子糾纏的完全認知還有很長一段路要走，量子力學發展了一百多年，至今科學家都沒有弄清楚量子力學的真正本質。我們只知道量子世界里確實存在很多詭異現象，但并不清楚這些現象背后的真正本質。

也就是說，對于量子力學，人類只知其然，但不知其所以然。但這并不妨礙利用量子力學為人類服務，比如說讓人期待的量子計算機，一旦研究成功，對性能將會有顛覆性提升，完全碾壓傳統計算機。

研究量子計算機的關鍵就在于實現盡可能多的量子接口之間的糾纏，說白了就是讓盡可能多的量子對發生糾纏，這在實際操作中會很難，因為任何干擾都會中斷量子之間的糾纏。清華大學曾經實現了25個量子接口發生糾纏，打破了世界紀錄，不過這距離真正的量子計算機還有很長一段路。

量子計算機速度為什么如此快？因為量子計算機的讀取信息的方式與傳統計算機完全不同。打個比方就知道了。假設有兩捆電線，每捆電線都有100根，編號分別從1到100。我們要做的是，把兩捆電線編號相同的電線連接起來，但我們并不知道每根電線的編號，比如挨根去找。

那么，我們只能一根一根去試，這就是傳統計算機的運行方式。到了量子計算機就不用如此麻煩了，由于糾纏中的量子能瞬間感應到彼此，所以編號相同的電線就能瞬間找到彼此進行連接。

科學家們當然也不會停止對量子糾纏的研究，因為他們深知，其背后一定隱藏著更深的底層邏輯，有可能再次顛覆人類的傳統認知。