用上洪荒之力，就能搞懂量子纠缠？ | 袁岚峰

        中国科学技术大学科技与战略风云学会，受过科学训练的理性爱国者们组建的智库。科学素养，家国情怀，横跨文理，纵览风云。

量子洪荒

中国即将发射全球第一颗量子卫星：墨子，这是科学界的一件大事。“量子卫星”的全称是量子科学实验卫星，用于进行量子信息实验。那么，量子信息学的基本原理是什么呢？

三 大 神 秘

1、叠   加

你正在北京喝茶，你又在巴黎喝茶，那么就意味着你同时处于北京与巴黎喝茶！

这种状态怎么可能存在呢？

叠加原理乍看起来完全和常识完全相反。但量子力学的一切实验结果都表明，叠加原理是正确的，是一条必不可少的基本原理。至少在微观世界的应用中，科学家对叠加原理充满信心。一个电子确实可以同时位于两个地方。至于宏观世界里为什么没见过一个人同时位于两处，那是另一个深奥的问题。

量子叠加（手绘：羅一）

2、测   量

在量子力学中，测量跟其它过程确实有本质性的区别，描述量子力学中的测量要用与众不同的物理规律！关于量子力学的许多著名争论，如“薛定谔的猫”、多世界理论，都是由测量造成的。

薛定谔的猫：在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。在一小时内，大约有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，剩下50%的概率是放射性物质不会衰变而猫将活下来 。根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果 。但在量子力学的世界里，猫到底是死是活都必须在盒子打开后，外部观测者“测量”具体情形才能知晓 。当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的状态，猫既是死的也是活的。这项实验旨在论证怪异的量子力学，当它从粒子扩大宏观物体，诸如猫，听起来非常荒谬 。

量子测量（手绘：羅一）

3、纠   缠

前面说的都只是一个量子的体系，已经有这么多不可思议之处。多个量子的体系，可想而知会更加奇怪。

爱因斯坦曾经嘲笑“量子纠缠”的观点：相互独立的粒子可以完全“纠缠”在一起，对其中一个粒子进行观测可以即时地影响到其它粒子，无论它们之间的距离有多远。他对量子理论引入的不确定相当恼火，并把它的后果比喻为为上帝掷骰子。

量子纠缠（手绘：羅一）

每当你感到“这怎么可能”“这不是胡说八道吗”的时候，请记住，这些原理不是某个科学家的心血来潮无端虚构，而是已经经过近百年来的无数实验反复证明了的，其应用范围几乎涉及我们身边所有事物。

【《中国国家天文》2016年第7期和第8期连载袁岚峰的文章《从量子力学到量子卫星》，并改编为两篇微信文章，《用上洪荒之力，就能搞懂量子纠缠？》（http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NTYwODk3NA==&mid=2659295396&idx=1&sn=de1b779825325686f9ecb8150a2b0e05）和《打开量子卫星的正确姿势》（http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NTYwODk3NA==&mid=2659295396&idx=2&sn=572df72022211f8dcc1ea7e27754fb30）。风云之声获授权转载。】

潘建伟团队陈宇翱亲述：

量子纠缠“纠缠”个啥？（http://v.youku.com/v_show/id_XMTQzOTIwMTIxMg==.html）

更多量子卫星精彩内容，敬请关注《中国国家天文》2016年7月号特别策划：

从量子力学到量子卫星（一） [袁岚峰]

量子通信试验的地面光学站  [葛亮 任继刚 王建峰 兀颖 史静思]

宇宙学中的量子奇观  [萧耐园]

量子简并——白矮星与中子星  [张承民]

量子之光——恒星光谱中的光量子  [蒋世仰]

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作者简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员，中国科学技术大学科技与战略风云学会会长，微博@中科大胡不归 ，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。代表作《中国科技实力正以多快的加速度逼近美国》。

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