量子糾纏最早是愛因斯坦提出來的。他把它稱作“鬼魅般的超距作用”。
是什么意思呢?
有人說,量子糾纏就像心靈感應(yīng),你對一個粒子做測量,另一個粒子無論在哪里,都會瞬間響應(yīng),中間不需要任何時間,這是一種超光速的現(xiàn)象。
這就奇怪了,“任何物體都不能超光速”,這是愛因斯坦自己在相對論里提出來的啊?怎么他把自己推翻了呢?量子糾纏到底超不超光速呢?
假如兩個粒子形成了量子糾纏,我只要測量其中一方的狀態(tài),就能瞬間推斷另一方此刻的狀態(tài)。我敲個黑板,我說的是瞬間推斷,不是說我決定了另一方此刻的狀態(tài)。
相對論說了,任何影響速度都不能超光速。此刻的你只受到此刻身邊事物的影響,不受遠處任何事物的影響,這叫作局域性原理。如果量子力學(xué)認為,測量會瞬間改變兩個粒子的狀態(tài),就違反了局域性原理,肯定錯了。
其實,愛因斯坦對量子糾纏“超光速”的理解是錯誤的。
但現(xiàn)實不是這么回事,其中并不存在“影響”,而只是存在某種關(guān)系。
這就像一個航天員跟妻子鬧矛盾,跑到火星上躲了起來。他妻子上法院起訴離婚,法院批準,離婚就瞬間生效了。這個生效速度無視任何距離。就算航天員跑到銀河系外面,離婚也是瞬間生效的。
所以,測量的影響不能超光速,但斷絕關(guān)系完全可以超過光速。
知道這一點,量子糾纏的事你就好理解了。你測量其中一個粒子,就能瞬間推斷另一個粒子的測量結(jié)果。這就好比航天員的妻子把字一簽,法院一蓋章,我們就能瞬間推斷航天員現(xiàn)在是單身了。
我得先說一下,愛因斯坦誤解量子糾纏的根本原因。這還是要回到咱們課程里反復(fù)提到的那個詞,波粒二象性。
愛因斯坦還是在用單純的粒子視角,看待量子糾纏。他總覺得,他是他,玻爾是玻爾,這是兩個獨立的人。所以,你一測量他就瞬間知道玻爾的狀態(tài),那他必然偷偷給玻爾發(fā)消息。
但真正的情況不是這樣的。如果你從波粒二象性的視角出發(fā),用數(shù)學(xué)公式波函數(shù)把它們的狀態(tài)寫出來以后,就會發(fā)現(xiàn),只能寫出一個波函數(shù)。也就是說,它們是一個波,是一個整體。
你測量了一個整體的兩個部分,發(fā)現(xiàn)結(jié)果存在關(guān)聯(lián),根本沒什么可奇怪的。
因為這里涉及兩種不同的信息。
一種是必須用波函數(shù)才能寫清楚的信息,叫量子信息。量子信息描述的是波粒二象性。
另一種是我們平常用的,比如短信、寫小紙條這樣的信息。這些信息要么通過電磁波,要么通過宏觀物體傳遞,叫經(jīng)典信息。
相對論說的是,經(jīng)典信息的傳播不可能超光速,但它并不限制量子信息。
這在量子力學(xué)中叫作“不可通信定理”,也就是你不可能利用量子糾纏來超光速傳遞經(jīng)典信息。下次你再在科幻片里看到說,我用量子糾纏實現(xiàn)了超光速通信,你可以微微一笑,不必當真。
其實之前我說局域性就是“影響不超過光速”,是為了便于你理解。現(xiàn)在你知道了,局域性強調(diào)的是,我只研究北京的粒子,就能把北京的量子信息說清楚。此時此刻深圳的粒子,跟我沒關(guān)系,我不研究它。
但量子力學(xué)說,它們實際上是有關(guān)系的,你要想說清楚北京的量子信息,深圳那邊得配合你,你才能把它們的關(guān)系說清楚,而且這關(guān)系里面也包含量子信息。這就叫非局域性。
你現(xiàn)在應(yīng)該知道,為什么說相對論和局域性不是一回事了。
相對論說的是經(jīng)典信息不能超光速;局域性說的是,一個地方的人能不能把本地的所有事全都說清楚,超不超光速只是說事過程中要考慮的一種情況而已。