前兩天有位朋友抱怨，說是看了很多學者關于量子糾纏的科普，但還是一頭霧水，沒有一個人真的講明白的。

我就上網搜了幾個看。確實，大多數科普要么是光顧著講愛因斯坦和波爾打嘴炮的歷史了，不講物理；要么講著講著就開始上公式了，人家能看懂公式看你科普干嘛？還有些就是為了講明白把模型太簡化了，打的比方都是錯的。

作為研究方向就是在量子糾纏領域的磕鹽狗，我來試著用人話來給只有中學物理基礎的朋友們，科普一下‘量子糾纏’究竟是個什么。

要搞清楚量子糾纏是什么，首先要對量子力學的世界觀有了解。

現在我們來看一個科普中經常會出現的【錯】的例子——手套。

這個例子是這樣的：一對糾纏粒子就是一對手套，然后我把左手套放進一個盒子，右手套放進另一只盒子，然后把兩只盒子在空間上分得很開。這時候我只打開其中一個盒子，發現里面是左手，就會知道另一邊肯定是右手。

很多科普會用這個打比方，說這個就是糾纏態。

這個時候大部分正常人都會覺得：這么簡單？手套一左一右，這傻子也知道啊還要量子力學教我？

House聽了都要留下八個大字，“量子力學就那么回事”。

實際上如果用量子力學來看這個例子，我們看到的世界應該是這樣的。

我有一對手套，我知道其中肯定有一只是左手，另一只是右手。可是對于其中的一只手套來講，它究竟是左手還是右手，我不知道，手套自己也不知道，no one really knows.

現在我把這兩只手套分別放進兩個盒子里。每一個盒子里，都有了一只變化莫測的手套，它既是一只左手套，也是一只右手套。

你只要閉上眼睛不看這個手套，這個手套就永遠在搖擺，永遠在左右為難。

你只有睜開眼睛看了，這個手套才會確定自己究竟是左是右。

這個聽起來就非常玄學了——但這就是量子力學的世界觀，一種概率性的世界，一種不確定的世界。粒子不是我們想象中處于某個位置的一個微粒，而是一個概率波，而當觀測發生時，波函數才會塌縮到一個確定的態。

量子力學為什么敢這么講，是有實驗依據的，就是大名鼎鼎的楊氏雙縫干涉實驗。每次發出一個光子，讓它經過有兩條縫的擋板，在擋板后面探測光子會落在哪里。按理說這個光子肯定是從縫里穿過去的，不是從左走，就是從右邊走，所以你應該看到光子聚集在兩個地方，形成兩條明亮的條紋。但是，實驗結果顯示你會看到的是明暗交替的很多條干涉條紋，不止兩條。

（如果光子是一個確定的微粒，結果應該是這樣的）

（實際的實驗結果，顯示了粒子的波動性）

這個結果說明每一個光子，它都是既從左邊走，也從右邊走，同時從兩邊經過。

這個用行話講，叫‘疊加態’。一個量子態就是一個概率波，波函數處于多個態的疊加態上。敲黑板，疊加態不是量子糾纏，疊加態描述的是一個粒子，同時處在多個狀態上。而糾纏態至少要兩個事物。

薛定諤的貓又死又活，就是一種疊加態。

這么解釋了一通，量子力學聽起來就比較玄學了。

世界是一枚不停旋轉的骰子，沒人觀察，骰子永不落下。

愛因斯坦是接受不了這個世界觀的。因為這個太不經典了啊，經典世界就應該是一切都是客觀存在的，不管你測還是不測，左手套就是左手套，貓活著就是活著，不會因為你看了貓一眼貓就死了，這個觀點就叫【實在論】，客觀存在的物理量不會因為你觀測與否而變化。

愛因斯坦超級討厭隨機性，所以說了一句經典的‘上帝不擲骰子’，還有和波爾一起散步的時候那句質問波爾的話：“難道我們不抬頭看月亮，月亮就不存在了嗎？”

上帝：你在教我做事？

所以1935年他提出了糾纏這個概念來攻擊量子力學（他質疑的只是量子力學的完備性，但是咱們普通人理解為攻擊就可以了。當時他提出的量子糾纏是一種思想實驗，文獻里經常看到Gedaken experiment這個詞，就是德語里面思想實驗的意思。這篇論文是量子糾纏領域的開山之作，但其實文章是愛因斯坦（Einstein）的兩個學生Poldosky和Rosen寫了之后，沒征求老板的意見，把老板的名字署在第一個就發表了，也是非常虎。所以愛因斯坦對這個paper其實意見很大，覺得這倆學生寫的太不嚴謹了，這是題外話。這篇文章后世稱為EPR佯繆，后面被引用了無數次，成為愛因斯坦人生最高引文章……）

他文章里考慮的模型是這樣的：

你不是說一個粒子不測量就不塌縮嗎？那我如果有兩個糾纏的粒子就好了，糾纏之后就像兩個手套一樣，總是一個是左手一個是右手。然后我把他們分得非常開。然后我就測A，我看到了A是左手套，就知道了B是右手套。

誒這不是奇怪了嗎？按你的說法每個粒子都應該是一種概率，不測量就不塌縮。我現在只觀測了A，沒觀測B哦，為什么B的波函數塌縮到右手套上了。

你量子力學自己說手套是波函數，不測量不塌縮，可是現在A和B離開得那么遠，你測了A，B也塌縮了。B是怎么知道自己應該塌縮了，操作或者信息怎么傳到了B那里的？超光速的信息傳遞是違反相對論的啊。

看起來，量子糾纏的思想實驗推導出來的結果，違反了經典的【定域論】：在某一點發生的事件，不可能立即影響到另一點，信息不可能比光速更快。

這不就是一個謬論了嗎？

所以愛因斯坦基本是用量子力學的觀點導出一個結論，反過來攻擊量子力學。

思維嚴密，邏輯滿分。愛因斯坦真的值得respect，就連杠別人，都要先站到別人的邏輯里面，以你量子力學之矛，攻量子力學盾。

這種質疑就非常有力了。

到這里，量子糾纏的概念就已經很清楚了。大白話說，就是一對某個性質永遠關聯（比如永遠相同或者相反）的系統。比如一對手套，他們的性質是互相關聯的，一左一右。

這個大家沒有爭議。

但是這種糾纏究竟是怎么發生的，各有各的說法。

一方是愛因斯坦為代表的【定域實在論】（他們名字雖然唬人，但是三觀和我們普通人的直覺是一樣的），他們認為：這對手套在分開之前就已經商量好了，誰是左誰是右，分開以后我們就再也不聯系了，哥倆提前商量好的這個條件，就叫隱變量。隱變量理論是Bohm提出來的，一度成為當時的主流觀點。

另一方是波爾為代表的量子力學，他們認為：這對手套只說好了一件事情——“咱倆得一左一右”。但是至于誰是左誰是右，沒說好，不知道。因為上帝要擲骰子嘛。所以要等到我們觀測的一瞬間，這倆手套才隨即塌縮成一左一右——是被觀測的那一瞬間才同時地、隨便地、塌縮的。

所以可以這么理解，量子力學和隱變量理論爭論的焦點就在于：哥倆究竟有沒有提前說好。

這個就是長達幾十年的隱變量之爭論。

這個就很難搞了。因為你們這兩種理論對應的現象是一樣的，只是在爭論倆手套有沒有提前商量好——這讓實驗狗怎么驗證呢？

然后貝爾就出現了！這個人是愛因斯坦的迷弟，看不慣波爾糾結一幫哥本哈根學派懟愛因斯坦，立志要幫哥哥出氣，然后就埋頭苦思，最后竟然搞出一個可以用來區別這兩種理論的實驗方案。

貝爾的方案的關鍵點在于：如果哥兒倆是提前說好的，之后就不用聯系了，我再對其中一個進行操作，另一個就不知道了。但是如果是沒有提前說好，那分開后，如果操作其中一個，另一個也會受到影響。

貝爾的方案當然更嚴密更精巧：利用一對偏振糾纏的光子對，把他們在空間上分開，并都通過一個偏振片。如果是隱變量理論的話，糾纏光子對中的其中一個光子通過一邊偏振片的概率，和另一邊的偏振片的角度沒有關系。而在量子力學中，其中一個光子通過偏振片的概率，和兩邊的偏振片的角度都有關系。

貝爾結合以上這種邏輯，推導出一個貝爾不等式來。

如果實驗結果符合貝爾不等式，說明光子的偏振是在一開始就確定了的。而如果實驗違反了貝爾不等式，那么證明雖然糾纏光子的屬性是相互關聯的，但卻不是在一開始時就確定了的。

后來的故事大家都知道了—— John?Clauser和Alain spect 的實驗證明了，我們所處的這個世界是違反貝爾不等式的。

自1935年EPR佯繆文章問世后揭開的這場曠日持久的論戰，隨著2022年諾貝爾物理學獎的公布，似乎終于塵埃落定。

其中，Clauser第一個設計實驗來測量貝爾不等式，發現實驗結果違反貝爾不等式。Clauser和Bell都是相信愛因斯坦的，誰能想到他倆一個做理論一個做實驗，最后雙劍合璧狠狠插了愛因斯坦一刀，真是造化弄人……

然后就是Alain Aspect，他是利用糾纏光子對嚴謹地證明了實驗是違反貝爾不等式的。最后是Zeilinger，也是做了Bell test，以及是開創了量子隱形傳態學科。

隨著諾獎公布，隱參量理論退出歷史舞臺，非定域論取得勝利。但這不只是哥本哈根學派的勝利，而是整個物理科學的勝利。愛因斯坦的理論雖然被證明是錯的，但他率先提出的量子‘糾纏’的概念，則打開了新世界的大門。

量子秘鑰分發，是量子糾纏的一個典型應用

現在我們知道了，上帝不僅擲骰子，而且在我們看不見的地方擲；月亮只有當我們抬頭看的時候才掛在天上，沒人看她的時候，她同時出現在這個宇宙的每個角落。

而科學仍然在向前。

就在今年，我在的實驗室剛完成了這樣一個實驗：我們在一團玻色愛因斯坦凝聚體中制備了糾纏，而后將它分為兩團原子并在空間上分開。在分開的兩團原子之間，我們觀測到了EPR糾纏。

1935年愛因斯坦提出糾纏的概念用來質疑量子力學的完備性，87年之后的今天，人類第一次在兩個多粒子體系之間觀察到了這樣的EPR佯繆。這證明了量子力學與局域實在論的矛盾，即使在更大、更宏觀、更復雜的體系中依然存在。

量子力學能在宏觀上走到哪里，現在還沒人知道。

最后澄清一個問題，量子糾纏究竟能不能超光速地傳遞信息？

不能！量子糾纏傳遞的是無效信息，因為這兩個粒子是糾纏的，糾纏的意思就是他們共享一個波函數，不是兩個獨立物體，所以你一測其中一個，整個波函數就坍塌了。

關于這個郭光燦院士有個很形象的比喻大概是這樣的：有一對母女，媽媽和女兒兩地分居。女兒懷孕生了小孩，在小孩出生的那一瞬間，遠在千里之外的媽媽就自動升級成了外婆。這中間并沒有信息傳遞給媽媽，是母女之間的這種關聯，使得她在那一瞬間就成為了外婆。

最后的最后，再澄清一個問題，量子糾纏是不是證明了心靈感應？

不是！量子力學現在研究的都是微觀粒子。兩個大活人之間的心靈感應，屬于情感范疇，需要看點征婚網站而不是科普文章。

以及現在關于量子力學的研究，都還只在實驗室階段。市面上任何你能見到的，帶有‘量子’兩個字的產品，都和量子半毛錢關系都沒有。各位爺叔姨婆，千萬不要相信任何‘量子記憶’，‘量子波動速讀’之類的產品，都是智商稅！

好啦，今天的科普就到這里，大家周末愉快！

祝大家一切順利，遇事不決，量子力學！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的可能是全网最简明的量子纠缠科普的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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