考慮到一些鮮為人同學的好奇心,
這里用盡量通俗的方式解釋一下光子——或者說量子糾纏的概念。
基本上只要你看得懂文字,應該都可以理解。
首先舉個例子。
假如說在太空中兩個挨在一起靜止的相同圓盤,被一個姓郝的炸逼用炸彈炸開。
它們兩個因此開始有了一個旋轉。
當它們飛了很遠之后,我們捕獲了其中的一個圓盤并且對它進行測量。
并且發現它的旋轉角速度為w。
那么我們立刻可以知道,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為零,所以它們兩個的旋轉角速度一定是相反的。
也就是w和-w相抵消。
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。
那么在這一瞬間,我們就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。
看到這里,或許有人就會覺得說。
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?
量子糾纏的實驗和前面那個經典世界里面的實驗區別到底在哪里呢?
最主要的一個區別就是,在經典世界里面,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。
無論我們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。
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。
這代表著什么呢?
最關鍵的地方來了。
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。
具體的實驗過程就是糾纏光子對利用二類BBO晶體的自發參量下轉換,可以產生兩個偏振態正交的糾纏光子對。
再利用檢偏器以及單光子計數器測量就可以完成了。
相關論文還是挺多的,這里就不多贅述了,也沒必要了解太深。
當然了。
或許有同學會問一個更深一步的問題:
你怎么知道在測量之前量子的狀態是不確定的?
難道就不能它在客觀上已經確定的?
也就是這邊的這個光子早就是順時針偏振,而另一個光子則是逆時針偏振。
只是我們觀測之前未知它們的狀態而已?
這就涉及到一個疊加態的問題了。
貝爾不等式結合實驗結果來看,證明了量子在被觀測前是處于疊加態的。
這是啥意思呢?
也就是說同樣的光子,你在頭一次測量的時候可能是順時針偏振。
可換個基矢第二次就成逆時針偏振了。
比如你面前有兩臺冰箱,A里頭放著一枚雞蛋,B里頭放著一塊牛肉。
你頭一次開A發現是個雞蛋,同時不用看B就知道B那邊一定是牛肉。
可當你關上A再開,第二次里面卻變成了牛肉,而你除了關門其他啥事也沒干。
第三次它又變回了蛋。
反反復復最后牛肉和蛋出現的概率都是50%,唯一不變的就是確定了A里頭是某件物體后,B那邊出一定要另一件物體。