量子纠缠技术就是超光速吗?

1. 量子纠缠技术就是超光速吗?

量子纠缠（quantum entanglement），又译量子缠结，是一种量子力学现象，其定义上描述复合系统（具有两个以上的成员系统）之一类特殊的量子态，此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积（tensor product）。 
  具有量子纠缠现象的成员系统们，在此拿两颗以相反方向、同样速率等速运动之电子为例，即使一颗行至太阳边，一颗行至冥王星，如此遥远的距离下，它们仍保有特别的关联性（correlation）；亦即当其中一颗被操作（例如量子测量）而状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化。如此现象导致了“鬼魅似的远距作用”（spooky action-at-a-distance）之猜疑，仿佛两颗电子拥有超光速的秘密通信一般，似与狭义相对论中所谓的局域性（locality）相违背。这也是当初阿尔伯特·爱因斯坦与同僚玻理斯·波多斯基、纳森·罗森于1935年提出以其姓氏字首为名的爱波罗悖论（EPR paradox）来质疑量子力学完备性之缘由。 
  量子力学是非定域的理论，这一点已被违背贝尔不等式的实验结果所证实，因此，量子力学展现出许多反直观的效应。量子力学中不能表示成直积形式的态称为纠缠态。纠缠态之间的关联不能被经典地解释。所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题，并在量子计算和量子通信的研究中起着重要的作用。
  多体系的量子态的最普遍形式是纠缠态，而能表示成直积形式的非纠缠态只是一种很特殊的量子态。历史上，纠缠态的概念最早出现在1935年薛定谔关于“猫态”的论文中。纠缠态对于了解量子力学的基本概念具有重要意义，近年来已在一些前沿领域中得到应用，特别是在量子信息方面。例如，量子远程通信。
  目前，我国科学家潘建伟已经成功的制备了5粒子最大纠缠态，领先其它国家。

2. 量子纠缠可以超光速吗

你知道量子纠缠吗？超越光速至少10000倍！但却不违背相对论？

3. 为什么量子纠缠的速度能轻松超越光速？

物理学界的绝大多数研究成果都建立在量子力学或相对论的基础上，其中的量子力学就好似一个物理巨人垂下的左手臂，甚至可以说量子力学自从建立起的一个世纪以来，已经将你我的世界观深层刻上了厚厚的基石并改变了我们生活。如今你可以不了解量子力学，但你日常使用的手机、电脑都在彰显着量子力学的无处不在。可以说人类社会的就是建设在量子力学这座地基之上，如果没有量子力学那我们的人生将是单调的，正是有了量子力学我们的人生才生出更多的色彩。

初次接触量子力学可能会认为它晦涩难懂，但稍微对量子力学有过了解的人就会知道，量子力学是研究“小宇宙”的基础理论，即研究原子、分子、电子等更多更小粒子的微观世界理论，而相对论只是研究宏观世界如恒星、星系等天体的理论。尽管量子力学很是晦涩，但它贴近我们生活，计算机、各类线路以及电子芯片等都得益于量子力学的发展。

当然我们也常常被量子力学中的种种神奇现象所吸引，诚然量子力学中有许多超乎宏观世界的现象，甚至其中的部分现象都能将我们思维习惯所颠覆。如在量子力学中最典型的量子纠缠，该现象其实就是一种不同寻常的超距作用：如果将量子世界中的一对纠缠粒子分别放置在两地，无论它们二者相距多么遥远，哪怕是相隔宇宙的最远端，都会在同一时间感应到彼此。

这种现象是不可能出现在宏观世界的，因为我们默认的最快速度就是光速，但量子纠缠显然已经超出了这个常理。试想一下，如果你身在地球，但你的朋友正在冥王星旅行，在这个“子弹都要飞一会儿”的时代，你们就算打电话也要有几秒钟的时差。可量子纠缠却可以让这一问题变得并无大碍，是不是感觉非常神奇呢。
其实量子纠缠这一现象也令爱因斯坦困扰了很多年，以至于爱因斯塔称其为“魔鬼般的超距作用”。虽然爱因斯坦对量子纠缠并不理解，但现在越来越多的实验已经表明量子纠缠就是微观世界中最普遍的现象。


或许屏幕前的你会有些好奇：相对论不是规定了速度的极限就是光速吗？这是否证实量子纠缠是违背相对论？其实在文章开头就已经说过了，量子力学和相对论分别是物理学的两大支柱，我们并不能用其中一个理论去解释另一个理论。就像在牛顿运动学中，只要你的速度够快就一定可以超过光速；可麦克斯韦的电磁学定律却规定，没有任何事物能超越光速。所以科学只能用一个理论去解释一个事实，但并不能用一个理论去解释所有事实。


现代物理学已经告诉我们，量子纠缠的速度很快，至少是光速的10000倍，这还只是量子纠缠的“下限”。并且相对论中的光速极限指的只是实物粒子不能被加速到光速，因为一个物体的运动速度越快，它的质量就变得越大，所需要的推动能量也就越多。当这一物体的质量变得无穷大时，就需要无穷大的能量来推动它，而这其中能量推动的极限就是光速。量子纠缠则不同，这里所说的速度只是两个粒子之间的感应速度，其中的两个实物粒子也并没有被加速到光速。

这样理解也许更加易懂，光速就好似我们坐上高速列车亲身前往朋友家，你可以带上各种礼品亲自交到朋友的面前；而量子纠缠就只是你与朋友的一通电话，即使在电话中聊得热火朝天，也不能传递过去哪怕一张白纸。
科学家也还无从得知量子纠缠的机制到底是什么，只是肯定量子纠缠这一现象是客观存在的。想知道答案或许还要一些时间，当然如果你不想等待，也可以换一种方式，比如好好学习，留待自己发现。

4. 量子纠缠真的能超光速传递信息？

量子纠缠是根据爱因斯坦为了反驳玻尔为首的哥本哈根学派的量子力学解释而提出的一个称为EPR悖论（Einstein-Podolsky-Rosen paradox）设计的思想实验。即爱因斯坦、波多尔斯基、罗森悖论。

三人于1935年5月在《物理评论》上联名发表的名为《可以认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》的论文，对量子力学提出强力的质疑。

爱因斯坦等人根据量子力学设计了精巧的实验，通过高能光子照射特殊晶体，使特殊晶体的外层电子跃迁两个能级，然后在回落时放出一对低能光子（每回落一个能级放出一个）基于守恒定律，这放出的一对光子的量子态存在某些关联，比如偏振。

根据哥本哈根学派的解释，这对量子态（微观粒子的状态的统称）存在关联的光子在被测量到之前，量子态都是不确定的。那么问题来了，假如我通过光路把这两个光子分开两个相反的方向发射到距离很远的两个地方，然后同时进行测量会怎么样呢？

如果根据哥本哈根学派的解释，情况就很有趣了，由于两个光子在被测量到之前，量子态是不确定的，直到其中一个被测量后，测量到的某个状态就被确定了，而由于这对光子的量子态存在关联，这意味着一个光子的状态被确定的同时，另一个光子的对应量子态也被同时确定了！然而问题来了，根据守恒，光子对的量子态必定是同时确定的，然而前面我们已经把它们分离很远了，它们之间通信是需要时间的，那么另一个光子是怎么得到首先被测量的光子的状态信息，从而坍缩到对应的状态的呢？

很显然这种关联坍缩产生超光速信息传递了，这就违反狭义相对论的信息传递不能超光速的基本定律了，而狭义相对论已经被广泛接受，自然没有人愿意挑战它的正确性，包括哥本哈根学派的科学家。因此爱因斯坦认为，量子力学是不完备的，肯定在哪里存在问题或未知因素。玻尔等人看到这篇质疑的论文一定吓得不轻。

不过爱因斯坦在提出这个悖论以后也同时给出了自己的经典解释：两个光子的状态在产生的那一刻就确定了，也就是在电子能级回落释放出它们的那一刻，它们的状态已经确定，之后你即使把它们分隔到100亿光年再测量，都不影响它已有的量子态，它们之间也根本无需互相沟通该如何坍缩，因为一开始就已经确定了。这样，悖论也就不存在了。

玻尔当然不愿意放弃他的哥本哈根诠释，他超凡的洞察力下很快就找到了问题的所在。他指出：这对光子在被测量前并不是两个光子，而是一个整体，是它，不是它们，它在被测量到之前由一个波函数描述，并不存在两个被分离开的波函数（量子力学里描述微观粒子状态的函数，在量子力学里，微观粒子被测量之前只能以波函数来描述），直到它被测量到之前，它都只有一个波函数。

玻尔的这样解释精妙无比，与哥本哈根学派的量子力学解释一脉相承——既然被测量前并没有确定的状态，那你为什么认为它有两个波函数？这不是耍流氓吗……
在玻尔的解释里，光子对的状态是在测量到其中一个后才确定的，因此，波函数坍缩（光子从不确定态变成某一确定态）只发生在测量的时候，而此前这个系统（光子对）处于所有可能的叠加态。测量使这个系统全空间坍缩了……没错，全空间坍缩，与距离无关，也就没有所谓的超光速传递信息了。这其实与单个光子的全空间坍缩是一样一样的，即使是一个光子，它的波函数弥漫到整个空间的所有可能位置，然而一旦测量到，它就只在一个位置，如果你认为这需要时间或需要考虑速度，那么波函数坍缩本身就分分钟超光速了，因为你可以说：一年前发出的光子怎么通知1光年外的自己不要出现？

所以，实际上真正诡异的并非是量子纠缠，而是叠加态本身。
这种解释爱因斯坦自然无法接受，直到他去世，都从来没有公开宣布接受量子力学的完备性。所以有了那句名言：上帝不掷骰子！

这其实不能怪爱因斯坦冥顽不灵，在他在世时，他所提出的EPR悖论并没有能被实验室通过实验所证实或推翻，他所坚信的隐变量也从来没有被证伪。因为没有人能设计出一个可行方案能对其进行验证，虽然当时已经基本没有人怀疑量子力学的完备性。但作为一个具有独立思维的伟大科学家，他始终坚守这自己的信念——宇宙是可理解的。
我认为爱因斯坦没有错，错的是时代没有给他一个答案。

1955年4月18日，爱因斯坦与世长辞，最终没有等到他需要的答案，直到9年后的1964年，一位实验物理学家贝尔提出了一个不等式，后来以他名字命名的贝尔不等式，只有设计一个实验来验证不等式就能判断EPR悖论中究竟哪一方是正确的，贝尔作为爱因斯坦的脑残粉，当然希望自己的偶像爱因斯坦是正确的。

直到上世纪70年代后，首个验证贝尔不等式的实验成功，到80年代后，更严格的实验再次验证了贝尔不等式，所有实验均违反贝尔不等式，这表明爱因斯坦所说的隐变量并不存在！证明量子力学对客观世界的描述是完备的。不过当时的实验还存在漏洞，比如随机数漏洞，另外实验距离也不足。
到了本世纪，更多的更严谨的贝尔实验完成，这包括我国的墨子号实验卫星进行的超过一千公里的量子纠缠实验，还有数万人通过游戏程序提供随机数的大贝尔实验，可以认为目前的贝尔实验已经没有任何漏洞，然而所有实验结果都证明了量子力学的正确性和完备性。

今天，我们只能说我们拥有一个不可理解的宇宙，至少在目前，它是不可理解的。我们不知道为什么有叠加态，我们不知道为什么有波函数坍缩，我们不知道为什么有量子纠缠，这一切谜题等待着世界上最顶尖的科学家去解答，你能成为那个解答这些谜题的人吗？

5. 量子纠缠究竟是什么原理

6. 量子纠缠的速度有多快，真的比光速还快吗？

那么宇宙中真的没有什么能够超越光速吗？似乎并不是，宇宙边缘的膨胀速度就远超光速。

7. 知道超光速的人请进来；什么叫量子纠缠，什么是超光速中微子？

额。。我说的好理解一点吧。。比如有两个电子，他们距离很远，一个在银河系中心，一个在外围，它们运动方向相反，速率相等。但是此时对其中一个电子操作，而使其状态发生改变，比如量子测量什么的。那么另一颗也会即刻发生相应的状态变化。这种变化貌似是瞬间完成，即超光速。就是仿佛A电子状态变化的信息以无限大的速度传达到B电子。不过必须知道的是量子纠缠不是一种信息传递。这就是量子纠缠现象，具体可以去百度一下爱波罗悖论。
中微子超光速。。我也是最近看的新闻，还是不太相信，那些欧洲佬说他们测到了中微子在运行多少多少公里（具体数字忘了）内所用的时间比光少30微秒，从而认为中微子超过光速。这可不是一个纯粹的数字大小的问题。如果超过光的速度真的存在，爱因斯坦的诸多理论将要再次被质疑，质能方程的演算过程也是基于假定光速不变的基础上得来的。所以如果新闻属实，对量子物理学乃至整个学术界都会有颠覆性效应。
才疏学浅不知道能否帮到你。。。

8. 为什么说量子纠缠不能超光速传递信息

爱因斯坦的一生之敌，能超光速的量子纠缠，为什么不能用来通信