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探究量子信息是否超光速传递
2017年11月21日 09:09 来源:中国社会科学网-中国社会科学报 作者:吴新忠 字号

内容摘要:在量子力学发展史上,一直存在着以玻尔、海森伯与玻恩等为代表的矩阵力学哥本哈根学派,和以爱因斯坦、德布罗意与薛定谔等为代表的波动力学学派之间的较量。量子力学的后续发展在数学物理上主要采用波动学派的薛定谔方程,而在哲学解释上主要追随哥本哈根学派的量子概率解释、测不准关系与互补原理。量子纠缠态的关联涉及的是一组处在类空间隔的量子叠加态,似乎被远距离测量的量子态影响,但是量子叠加态中哪一个本征态出现,仍然具有随机性。克里斯蒂安发现,贝尔不等式的完备性标准与EPR论证的完备性标准,具有不同的拓扑空间结构:贝尔表达的量子信息时空维度不符合EPR实在要素的时空维度,从而造成了令人匪夷所思的量子纠缠的非定域性假像。

关键词:爱因斯坦;贝尔不等式;量子信息;论证;学派;光速;哥本哈根;纠缠;关联;测量

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  在量子力学发展史上,一直存在着以玻尔、海森伯与玻恩等为代表的矩阵力学哥本哈根学派,和以爱因斯坦、德布罗意与薛定谔等为代表的波动力学学派之间的较量。量子力学的后续发展在数学物理上主要采用波动学派的薛定谔方程,而在哲学解释上主要追随哥本哈根学派的量子概率解释、测不准关系与互补原理。

  两派间的一次重要较量是1935年爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出“EPR佯谬”(Einstein-Podolsky-Rosen paradox,EPR为三位物理学家姓氏的首字母缩写),该论证试图证明相互分离的两个粒子在不存在相互作用的条件下,对其中一个粒子的测量,不影响另一个粒子的状态,以此反驳哥本哈根学派认为的当独立测量这两个粒子时,对一个粒子量子态的测定,同时决定了另一个粒子的状态;对此种现象解释的乏力,使得哥本哈根学派整套量子力学理论不具完备性。玻尔认为,爱因斯坦等人的EPR论证忽视了动量守恒定律在量子测量过程中的失效,回避了爱因斯坦所设想的两个粒子的量子态存在瞬时影响的可能性。在玻尔与爱因斯坦的原始争论中,并没有出现量子信息超光速传递的问题。

  19世纪50年代,随着戴维·玻姆发展起量子势的隐变量理论,人们开始提出EPR论证中提及的量子态关联以及薛定谔所说的量子纠缠是否存在定域隐变量的问题。而玻姆的非定域量子势理论,尽管能解释大量量子力学问题,构成了对哥本哈根学派的巨大挑战,但爱因斯坦对这种违背相对论精神的廉价解释并不满意。玻姆只承认量子态之间的超距影响与整体关联,并不相信信息可以超光速传递。1964年,贝尔在“关于EPR佯谬”中提出一组关于定域隐变量理论的不等式,认为量子力学的预言违背这一不等式,而一旦贝尔不等式被证伪,就要设想量子信息是超光速传递的。

  1972年出现了第一个验证量子力学非定域性的实验,之后的实验大部分采用双光子自旋实验。1982年,法国的阿斯派克特组织了对贝尔不等式的严格检验,之后大量的实验,包括1997年以来奥地利因斯布鲁克大学的光子纠缠实验,以及我国物理学家潘建伟等人完成的多光子纠缠实验,都有力地支持了量子力学,否证了贝尔不等式。有关量子信息超光速传递、量子纠缠隐形传态超光速的说法,在物理学界、哲学家和大众中到处流传。

  根据艾伯哈德在1978年得出的定理,即使出现似乎有超距影响与全域关联的量子纠缠,量子力学也不允许仪器设置之间有非定域关联,量子信息在测量后只能通过经典通道传递。量子纠缠态的关联涉及的是一组处在类空间隔的量子叠加态,似乎被远距离测量的量子态影响,但是量子叠加态中哪一个本征态出现,仍然具有随机性。因此,所谓的量子纠缠隐形传态的超光速现象,涉及的是量子随机态,绝不是真正意义上的量子信息传递。

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