God does not play dice with the universe.

“無論如何，我都確信，上帝不會擲骰子。”

——愛因斯坦

1905年，愛因斯坦使用量子理論對光電效應(yīng)進行了全面的解釋，量子力學由此迎來了其黃金時代，雖然因為這個成就獲得了1921年的諾貝爾物理學獎，但愛因斯坦對量子理論是持懷疑態(tài)度的，尤其是在哥本哈根解釋出來后，愛因斯坦更是表現(xiàn)出強烈的批判態(tài)度。

于是也就有了上面的言論。

但出人意料的是，對量子力學的批判反而成就了今天對量子計算至關(guān)重要的理論：量子糾纏。

量子糾纏的由來及證實

1）EPR佯謬

哥本哈根解釋出來之后，愛因斯坦認為這種解釋有點“實證論”的感覺，而愛因斯坦是主張“實在論”的，這是一種哲學觀點上的分歧，用愛因斯坦的經(jīng)典問題“月亮在沒人看時存在嗎”來闡述這兩種哲學觀點之間的差別就是：

實證論：月亮在沒人看時不存在那里，只有看時她才存在；

實在論：月亮無論有沒有人看，她都一直在那里；

在某種程度上，物理學尤其是量子力學的紛爭，很大程度上是哲學的紛爭，于是，愛因斯坦決定提出一個佯謬來批判哥本哈根解釋。

1935年，愛因斯坦聯(lián)合波多爾斯基和羅森，發(fā)表了論文《能認為量子力學對物理實在的描述是完全的嗎》對量子力學進行批判，這個批判后來以這三位科學家名字首字母命名為EPR佯謬。

佯謬就是悖論，意思就是要提出一個假設(shè)，并推導出自相矛盾的結(jié)果來反擊對方。

大家聽過的比較有名的悖論如祖母悖論，就是一種佯謬，假如你旅行到過去，在自己父親出生前把自己的祖父母殺死，就會產(chǎn)生一種悖論：你回到過去殺了你年輕的祖母，祖母死了就沒有父親，沒有父親也不會有你，那么是誰殺了祖母呢？

EPR佯謬的主要內(nèi)容是(引用來自物理學家也是知乎大V傅渥成《宇宙從何而來》的闡述)：

在量子力學中，由于存在著不確定關(guān)系，我們無法同時確定一個粒子的位置和動量。但如果我們研究兩個狀態(tài)相互影響的粒子，就有可能構(gòu)造出一種有趣的情況，例如兩個粒子（記作A和B）的位置之差和動量之和可以同時確定。愛因斯坦及其合作者于是想象對這對粒子進行兩次測量，其中第一次測量只測粒子A的動量p，那么我們即使不測量粒子B，也可以知道它具有動量-p；而第二次測量時，我們只測粒子A的位置，隨后，粒子B的位置也就很容易地可以確定了。這看起來似乎還有一定的合理性，無非是將量子力學的解釋推廣到了兩個粒子的情況，一旦測出其中一個，另一個粒子的狀態(tài)也就立刻確定下來了。不過，很容易就會發(fā)現(xiàn)，只要我們不斷增加兩個粒子間的距離，就有可能出現(xiàn)一個不可調(diào)和的矛盾——量子力學的“測量”引起了信息的瞬時傳遞，因為無論兩個粒子之間相隔多遠，一個粒子狀態(tài)的確定都可以影響另一個粒子的狀態(tài)，這似乎可以看成是信息在以超過光速的速度“傳播”，而這是非常荒謬的。通過這種構(gòu)造，愛因斯坦等人的文章聰明地讓量子力學的哥本哈根解釋充分暴露出其問題，愛因斯坦將這種距離遙遠的物體間的相互影響稱為“鬼魅般的超距作用（spooky action at a distance）”。

EPR佯謬推導出的矛盾是信息的傳播不可能超過光速，由此來反擊哥本哈根解釋。

EPR佯謬還有一個核心要點，那就是要把多個粒子以一個整體來對其動量和位置進行測量，之后再分開處理，而實際上我們現(xiàn)實世界的物質(zhì)就是由多粒子組成的，因此這樣的假設(shè)也是站得住腳的。

為了簡化模型愛因斯坦是以兩個粒子來進行處理的，先測量整體，再假設(shè)測量了其中一個粒子，從而瞬間推導出(而不必再測量)另外一個粒子的動量或位置，無論另外一個粒子在哪里，都能瞬間推導出結(jié)果，這就使得信息可以超光速傳播，從而違反基本物理定律。

2）戴維·波姆的簡化

EPR佯謬提出之后，在物理學界引起了巨大的反響，其中科學家戴維·波姆將其內(nèi)容簡化為：

考慮兩個自旋為 1/2的粒子A和B構(gòu)成的一個體系，在一定的時刻后，使A和B完全分離，不再相互作用。當觀察者測得A自旋的某一分量后，根據(jù)角動量守恒，就能確定地預(yù)言B在相應(yīng)EPR佯謬方向上的自旋值。由于測量方向選取的任意性，B自旋在各個方向上的分量應(yīng)都能確定地預(yù)言。所以他們認為，根據(jù)上述實在性判據(jù)，就應(yīng)當斷言B自旋在各個方向上的分量同時具有確定的值，都代表物理實在的要素，并且在測量之前就已存在，但量子力學卻不允許同時確定地預(yù)言自旋的8個分量值，所以不能認為它提供了對物理實在的完備描述。如果堅持把量子力學看作是完備的，那就必須認為對A的測量可以影響到B的狀態(tài)，從而導致對某種超距作用的承認。

在玻姆的描述中，其矛盾表現(xiàn)得更為尖銳。

3）薛定諤提出“量子糾纏”概念

在戴維·波姆之后，薛定諤也發(fā)表了與這種現(xiàn)象有關(guān)的論文，并將這種現(xiàn)象命名為“量子糾纏（quantum entanglement）”。

為了更為通俗的理解量子糾纏，知乎大V傅渥成在《宇宙從何而來》一書中，用經(jīng)典世界中的手套來打比方，對此進行了闡述：

假如我們買了一副手套，隨后我們將這副手套中的一只（可以是左手或右手的手套）發(fā)射到太空中，此時，我們已經(jīng)無法再直接“測量”處在太空中的那只手套的狀態(tài)，但我們只需查看手邊的那一只手套的狀態(tài)，就可以很容易地推斷出另一只手套的狀態(tài)，這也是一種“糾纏”性質(zhì)的反映。

無論如何闡釋，量子糾纏那種“超光速的信息傳播”的矛盾，始終無法得到有效的調(diào)和。

4）貝爾不等式

哥本哈根解釋影響力太過深遠，很多科學家都已經(jīng)加入到了這個陣營，但愛因斯坦等人提出的EPR佯謬，又帶來了一個不可調(diào)和的矛盾，因此，有很多科學家希望調(diào)和這種矛盾，做哥本哈根解釋和EPR佯謬二者之間的和事佬。

愛爾蘭物理學家約翰·斯圖爾特·貝爾就是其中之一，既然愛因斯坦認為哥本哈根解釋描述的量子力學是不完備的，那么量子力學的背后應(yīng)該隱藏了一個尚未發(fā)現(xiàn)的理論，后來這個也發(fā)展為隱變量理論。

隱變量理論最知名者為德布羅意-玻姆理論。

但德布羅意-玻姆理論的隱變量理論是非定域性的，貝爾曾經(jīng)是此理論的少數(shù)支持者之一，不過之后貝爾認為應(yīng)該存在局域的隱變量理論。

終于，在1964年，貝爾提出一個著名的不等式，后來就叫做“貝爾不等式”。

該定理在定域性和實在性的雙重假設(shè)下，對于兩個分隔的粒子同時被測量時其結(jié)果的可能關(guān)聯(lián)程度建立了一個嚴格的限制。

而量子力學預(yù)言，在某些情形下，合作的程度會超過貝爾的極限，也即，量子力學的常規(guī)觀點要求在分離系統(tǒng)之間合作的程度超過任何“定域?qū)嵲谛浴崩碚撝械倪壿嬙S可程度。貝爾不等式提供了用實驗在量子不確定性和愛因斯坦的定域?qū)嵲谛灾g做出判決的機會。

簡單的說，貝爾不等式提出的最大意義，在于使得EPR佯謬(量子糾纏)可以用實驗來驗證。

從二十世紀七十年代開始，科學家們開始通過實驗驗證量子力學的貝爾不等式。1982年，法國物理學家艾倫·愛斯派克特（Alain Aspect）最早用實驗實現(xiàn)了量子糾纏，而到2015年時，貝爾不等式已經(jīng)得到了幾乎無漏洞的實驗驗證，愛因斯坦最終在這場爭論中落敗，在量子力學的框架下，的確存在“鬼魅般的超距作用”。

奇妙的比喻

物理學往往是違背人類直覺的，比如第一個人提出地球是圓的時，沒人能相信這是真的，但此時如果有人打了一個比方：一個足球，上面有一只很小的螞蟻，這只螞蟻一定不會以為這個足球是圓的，因為螞蟻太小了，而足球?qū)τ谒鼇碚f太大了，螞蟻看到的只是平坦的平面而已。

而人就是地球上的螞蟻，是不是就能理解為何我們看不到地球是圓的了。

一個恰當?shù)谋扔?#xff0c;可以幫助大家理解違背直覺的物理定律。

今天，聞西就斗膽以一個比喻來解釋量子糾纏吧：

假設(shè)這兩個粒子是你和你的女友，你們正處于熱戀中。

所以，你和你女友纏綿在一起，即使你們遠隔千里，也仍然心系對方，你知道，在你思念她的同時，她一定也在遠方思念著你。

這就是量子糾纏。

為了更進一步解釋量子退相干，我們假設(shè)你和你女友之間的思念是可以量化的，用權(quán)重來表示，最高為10，因為此時你們處于熱戀中，你們的思念權(quán)重就是最高值10。

不過最近你周邊出現(xiàn)了一個美麗的妙齡女子，溫柔可人，她總是喜歡時不時的過來和你聊聊天，有時候還暗送秋波，一開始你還沒啥感覺，畢竟你和女友還心系對方，互相思念。

但漸漸地，你發(fā)現(xiàn)，你開始對這個妙齡女子有點感覺了。

是的，你開始動搖了。

這個妙齡女子對于你和女友之間的纏綿，造成了干擾，這就是量子干擾。

隨著時間的推移，你對女友開始沒這么思念了，你們的思念權(quán)重也慢慢降低了，降到了5。

但此時，你們還是相干的。

再過了一段時間，你發(fā)現(xiàn)你對女友根本沒有了感覺，于是和她分手了，你們的思念權(quán)重變成了0。

此時，你們退相干了，這就是量子退相干。

你和妙齡女子建立了戀愛關(guān)系，量子糾纏發(fā)生了變化。

如果此時，有一個你的情敵出現(xiàn)了，這就又要出現(xiàn)了量子干擾了，你和妙齡女子的量子糾纏，恐怕又要發(fā)生量子退相干了。

================================

歡迎關(guān)注我的公眾號：wenxi_tech(或公眾號搜索“聞西說科技”)

也可前往聞西說科技個人博客：http://www.techeasygo.com/archives/1085

本文同步更新于“聞西說科技"公眾號及知乎專欄

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的单脉冲雷达的相干干扰的研究文章_什么是量子纠缠和量子退相干？这个比喻太绝了！...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。