量子纠缠技术

    Hi，听得到吗？编辑器？你有在生成我的工作日志吗？那么，接下来我可就开始了。

    有了时空穿梭技术的帮助，我们8号穹顶对整个混沌星云的观测有了更为清晰的认知。截止到现在，混沌星云的内部已经形成了多颗初期恒星。排除掉其中几颗双子恒星，相伴生恒星，后续发展可能不会达标的恒星，剩余的有可能是太阳的恒星仍然还有很多。因为分子云的迅速坍缩，在恒星诞生后，气体与尘埃也已经被相对应的恒星瓜分完毕。接下来需要等的，就是星球的形成了。

    今天比较特殊，八重天下达了暂时停止时空穿梭技术应用，各重天各穹顶工作停滞一天的通知，因为目前，频繁的空间跳跃使量子纠缠系统有些过载。所以今天，三十二重天8号穹顶维修组要对独立于33重天以外，被单独搁置一层的超大型高频率集成量子纠缠模块进行保养维护以及扩充。

    难得今天又提到了量子纠缠技术，这项技术我之前的工作报告里就频繁的提到。那我就继续在我的工作日志里面聊一聊量子纠缠技术吧。

    量子纠缠（quantumentanglement），也译作量子缠结，由爱因斯坦、波多尔斯基、罗森于1935年提出，量子纠缠描述了两个或多个互相纠缠的粒子之间的一种“神秘”的关联，即使各自相隔距离很遥远，之间也没有任何介质，但是其中一个粒子的行为将会影响到另一个粒子的状态，假设其中的一个粒子被操作而自身的状态发生了变化，其中的另外一个粒子也会发生相应的变化。是经典力学无法解释的。

    量子纠缠被认为是量子形式论中最非经典的特征，在量子信息科学中起着至关重要的作用。

    纠缠的意义

    纠缠系统被定义为其量子态不能作为其局部成分的态的乘积来考虑的系统；也就是说，它们不是若干个独立的粒子，而是一个不可分割的整体。在纠缠中，系统的一个组成部分不能在不考虑其他部分的情况下被完全描述。一个复合系统的状态总是可以被表示为局部成分的状态的乘积的和（或者称为叠加）；如果这个叠加必有超过一个的项，那么这个状态就是纠缠的。

    量子系统可以通过各种类型的相互作用纠缠在一起。对于一些可以达到实验目的的纠缠方式，请参见下面关于方法的章节。当被纠缠的粒子通过与环境的相互作用而退相干时，纠缠便被打破；例如，这可以发生在进行测量的时候。

    纠缠的一个例子是：亚原子粒子衰变为其他粒子的纠缠对。衰变事件遵循各种守恒定律，因此，对一个子粒子的测量结果必定与对另一个子粒子的测量结果高度相关（从而使得总动量、总角动量、总能量等在这个过程前后大致保持不变）。例如，一个自旋为零的粒子可以衰变为一对自旋为1/2的粒子。由于衰变前后的总自旋必须为零（角动量守恒），所以当第一个粒子在某个轴上被测量为自旋向上时，另一个粒子在同一轴上总会被测量到自旋向下。（这被称为自旋反相关情况；如果测量到每个自旋的先验概率相等，则称这一对粒子出于单重态）。

    如果我们把这两个粒子分开，就能更好地观察到纠缠的特殊性质。让我们把其中一个放在华盛顿的白宫，另一个放在白金汉宫（把这当成一个思想实验而不是一个真实的实验）。现在，如果我们测量其中一个粒子的某个特定特征（例如自旋）并得到一个结果，然后使用相同的标准去测量另一个粒子（沿着相同轴的自旋），我们发现第二个粒子的测量结果将与第一个粒子的测量结果（在互补的意义上）相匹配，因为它们的值将是相反的。

    上述结果可能让人感到惊讶，也可能不让人感到惊讶。基于经典力学和量子力学中的角动量守恒，经典系统将显示相同的性质，并且肯定需要一个隐变量理论来达到这个结果。区别在于，经典系统对所有可观察量都有明确的值，而量子系统没有。在下面将要讨论的意义上，这里考虑的量子系统似乎获得了在对第一个粒子进行了测量的情况下沿着另一个粒子的任何轴的自旋的测量结果的概率分布。这种概率分布通常不同于不测量第一个粒子的情况。对于空间上相互分离的纠缠粒子，这个结果肯定会被认为是令人惊讶的。

    悖论

    关于量子纠缠的悖论是：在任何一个粒子上进行的测量显然会使得整个纠缠系统的状态发生坍缩——并且是在任何关于测量结果的信息可以传递给另一个粒子之前瞬间完成这个坍缩（假设信息不能传播得比光快），因此保证了对纠缠对中的另一部分所进行的测量的“正确”结果。在哥本哈根诠释中，对其中一个粒子的自旋测量的结果是纠缠粒子对整体坍缩成这样一种状态，其中每个粒子沿着测量轴都有一个确定的自旋（向上或向下）。结果是随机的，每种可能性的概率为50%。然而，如果两个粒子的自旋沿着同一轴被测量，那么它们会被发现是反相关的。这意味着对一个粒子进行测量的随机结果似乎已经传递给了另一个粒子，因此当它也被测量时可以做出“正确的选择”。

    我们可以选择测量的距离和时间使得两次测量之间的间隔是类空的，因此，任何联系这两个事件的因果效应都必须传播得比光快。根据狭义相对论的原理，任何信息都不可能在两个这样的测量事件之间传播。我们甚至不可能说哪一项测量是先发生的。对于两个间隔为类空的事件（记为和），存在一些惯性系满足在其中是先发生的，也存在其他一些惯性系满足在其中先发生的是。因此，这两个测量之间的相关性不能被解释为其中一个测量决定了另一个测量：不同的观察者会对因果的角色有不同的看法。

    (事实上，甚至在没有纠缠的情况下也可能出现类似的悖论：单个粒子的位置弥散在空间中，两个相距很远的探测器试图在两个不同的地方探测粒子，它们必定立即获得适当的相关性使得它们不会同时探测到粒子。）

    隐变量理论

    悖论的一个可能解决方案是假设量子理论是不完整的，并且测量的结果取决于预定的“隐藏变量”。被测粒子的状态包含一些隐藏的变量，这些变量的值从分离的那一刻起就有效地决定了自旋测量的结果。这意味着每个粒子都携带着所有需要的信息，在测量时不需要从一个粒子将信息传输给另一个粒子。爱因斯坦和其他人（见前一节）最初认为这是摆脱悖论的唯一途径，并且被接受的量子力学描述（具有随机测量结果）必定是不完整的。

    对贝尔不等式的违背

    然而，当我们考虑沿着不同轴（例如沿着三个形成120度角的轴中的任何一个）测量纠缠粒子的自旋时，隐变量理论失败了。如果（在大量成对的纠缠粒子上）进行了大量成对的这种测量，那么从统计上来说，如果局域实在论者或隐变量的观点是正确的，那么实验结果将总是满足贝尔不等式。许多实验表明测量结果并不满足贝尔不等式。然而，在2015年之前，所有这些实验都有漏洞问题，这些问题被物理学家认为是最重要的。当对纠缠粒子的测量是在移动的相对论性参考系中进行的，其中每个测量（在其自身的相对论性时间框架中）发生在另一个测量之前，测量结果保持相关。

    关于沿不同轴测量自旋的基本问题是这些测量不能同时具有确定的值――它们是不相容的，因为这些测量的最大同时精度受到不确定性原理的限制。这与经典物理学中发现的结果相反，在经典物理学中，任意数量的性质可以以任意精度同时测量。物理学家已经在数学上证明了相容的测量不能显示违反贝尔不等式的相关性，因此纠缠本质上是一种非经典的现象。

    时间之谜

    有物理学家建议把时间的概念看作是量子纠缠的所导致的一种涌现现象。换句话说，时间是一种纠缠现象，它将所有相同的时钟读数（正确准备的时钟或任何可用作时钟的物体）置于同一历史中。这是1983年由DonPage和WilliamWootters首先完全理论化的。将广义相对论和量子力学结合起来的Wheeler–DeWitt方程——完全不考虑时间——是在20世纪60年代提出的，1983年Page和Wootters提出了基于量子纠缠的解的时候又被重新捡起。Page和Wootters认为纠缠可以用来测量时间。

    2013年，在意大利都灵的IstitutoNazionalediRicercaMetrologica（INRIM），研究人员对Page和Wootters的想法进行了第一次实验测试。他们的结果被诠释为证实时间对于宇宙的内部观察者来说是一种涌现现象，但是对于外部观察者来说却是不存在的，正如Wheeler–DeWitt方程所预测的那样。

    额，这些东西都是我从隔壁其他穹顶的资料笔记上抄来的。毕竟涉及到我不懂的学术领域，有些地方可能表达的不太恰当，而且有所不足。但总而言之，所谓量子纠缠技术就是通过扫描当前位置的一些物体，在另外一个想要达到的地方，通过传输当前物体的量子信息，重新构建量子，将散落的量子组成当前物体的方式。