要理解量子糾纏，首先先要明白一個概念。

什么是量子態。

我們先來看一個高中的物理實驗。

我們知道光是電磁波，是有偏正的。

當一束光經過上下偏振的偏振之后，部分光就會被阻隔，只有一半的光會透過去，透過去的光就變成了上下偏振的了。這時候，你在末尾放一個左右偏振的偏振片，因為這時候的光完全是上下偏振的，所以就不會有任何光通過。

可是，假如說我們在兩個偏振片中間再加一個比如說45度角的偏振片，那么反而最后會有50%*50%*50%=12.5%的光通過了最后的偏振片。

高中物理里的解釋是，上下偏振的光可以看做如圖兩個垂直的偏振的和。所以通過45度斜角偏振的光只留下和偏振片方向相同的那個分量，而另一個分量被偏振片阻擋了。所以會有50%的光通過了這個偏振片。

同理最后那個水平方向的偏振片讓50%的45度斜方向偏振的光通過。

但是，以上高中知識對于偏振的理解是有不完善的。

首先，我們知道光的量子性，光的能量不是可以隨便分的，而是有最小的單位，就是一個光子的能量。一束震動頻率為v的光束，其光子的能量E=hv，其中h為普朗克常量。

我們再從光子的角度來看待上面的實驗。

一個沒有偏振方向的光子，50%的概率不能通過上下偏振片，50%的概率可以通過上下偏振片，通過后它就變成了上下偏振的光子。

對于單獨一個光子來講，要么就完全通過，要么就完全沒有通過，并不存在說有一半通過了。

這就涉及到光子的量子態了。

對于一個沒有偏振方向的光子，你可以把它看做是50%概率上下偏振和50%左右偏振的疊加，這個量子態可以記做

而當你要一個光子通過上下偏振片的時候，其實就是在對它進行一次測量，看它到底是處于哪一種狀態，于是這個光子的量子態就會坍縮成一個確定的狀態，50%的概率坍縮成上下偏振，50%的概率坍縮成左右偏振。

所以

上面的實驗一可以這么理解，有50%的光子坍縮成了上下偏振通過一個偏振片，這時候它所有的光子都是上下偏振，所以最后沒有光子可以通過第二個偏振片。

在實驗二里，

因為上下偏振的光子又可以看做是另兩個相垂直的偏振方向的疊加。

所以上下偏振的光子又有50%的概率坍縮成45度斜偏振的狀態，通過第二塊偏振片，同理最后又有50%的概率坍縮成左右偏振的光子，通過最后一塊的偏振片。

假如說一共有1000個光子，那么最后平均通過所有偏振片的光子是125個。

現在回到量子糾纏。

先來看一個經典世界里面比較容易理解的例子。

假如說在太空中兩個挨在一起靜止的相同圓盤，被一個炸彈炸開，它們兩個開始有了一個旋轉。

它們飛了很遠之后，我們捕獲了其中的一個圓盤，對它進行測量，發現它的旋轉角速度為w，那么我立刻可以知道，另一個圓盤的角速度一定是-w，因為根據角動量守恒，兩個圓盤的角動量之和一定是為零的，所以它們兩個的旋轉角速度一定是相反的。

而量子糾纏有些類似。

當一對有量子糾纏的光子，往相反方向飛了很遠之后，我們捕獲了其中的一個光子，測量得到它的偏振方向是逆時針偏振的（這是光偏振的一種，這里不需要具體理解）。那么立刻，我們可以知道在很遠的另一個光子它的偏振方向是順時針偏振的。因為根據量子糾纏我們知道它們兩個的偏振方向一定是相反的。

看到這里，有人就會覺得說，那么量子糾纏看上去并沒有什么特別的呀。那么為什么會被討論的那么多？

前面兩種情況，量子糾纏的實驗和前面那個經典世界里面的實驗區別在哪里呢？

最主要的一個區別就是，經典世界里面，在爆炸之后的那一瞬間，兩個圓盤的狀態就已經是確定了的，只是在于說我們什么時間去測量，無論在什么時間和位置去測量，得到的都會是同樣的結果。

可是，在量子糾纏的實驗里面，兩個光子往相反方向飛行的途中，其中每一個光子的偏振方向并不是確定的，而是處于50%的概率順時針偏振和50%逆時針偏振相疊加的量子態。

就是說，你測量的結果有50%的概率是順時針偏振，有50%的概率是逆時針偏振。這個光子的狀態只有在你測量的時候才能確定，而且完全是一個概率性事件。

就是說，你測量了其中一個光子，這一個光子的狀態坍縮成了比如說順時針偏振。在遙遠地方的另一個光子它的狀態就同時坍縮成了確定的逆時針偏振，仿佛這兩個光子間有一個可以超越光速的聯系，可以讓它們瞬間可以達成共識。

但是當然，其實并沒有存在說超越光速的信息傳遞。量子糾纏并不能用作超光速通信，而是只能作為一種加密的手段。這又是另一故事了。

那怎么來解釋量子糾纏這一現象呢？

額，其實這根本不需要解釋。首先這一現象的提出是物理學家在對量子物理學里面的東西進行計算的時候得出來的，就是說是完全先由純數學的計算得出的結論，然后物理學家們覺得這一結論太不可思議了，所以才反復進行了討論，最后實驗得到的結果卻證實了量子糾纏這一現象。

其實就是說，這一現象本身就是這個宇宙運行的規則，只是因為不符合我們人類一般的思維習慣，所以才會被覺得奇怪。

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編輯?∑Pluto

來源：算數學苑

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總結

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