第25章 量子纠缠(第2/6 页)

薛定谔在研究EPR佯谬时提出了EPR操控的概念，并且创造了“QuantumEntanglement”（量子纠缠）这一术语。薛定谔进一步表明量子纠缠是量子理论的特征性质。他通过“薛定谔的猫”这一着名的思想实验，生动地展示了量子力学中叠加态和量子纠缠的奇特性质。在这个实验中，一只猫被关在一个装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变是随机的，如果衰变发生，氰化物将被释放并杀死猫；如果未衰变，则猫将存活。由于我们无法确定镭是否衰变，因此在观测之前，猫的状态是既死又活的叠加态，而与猫的状态相关的微观粒子之间也处于量子纠缠状态。薛定谔的这些贡献进一步加深了人们对量子纠缠的认识和理解。

三、量子纠缠的原理探讨

（一）基于量子态叠加与量子态塌缩的原理

量子纠缠基于量子力学中的量子态叠加与量子态塌缩原理。在量子力学中，一个粒子的状态可以同时处于多种状态之间，这就是量子态叠加。例如，光子在没有被观测之前，其自旋可以同时沿着不同的方向，处于多种自旋状态的叠加。而当我们观测一个粒子时，它的状态只被压缩到一个确定的状态，这被称为量子态塌缩。当两个量子系统在量子态叠加时相互作用，它们的状态被锁定在一起，形成量子纠缠。这种纠缠不受距离、时间或任何其他因素的影响，而是通过一种看似瞬间的过程来实现。

（二）超光速特性

量子纠缠最为人称奇的特点在于其状态变化的瞬时性，这表明了在量子尺度上，信息的传递似乎不受光速限制。当两个或多个量子粒子发生纠缠时，它们形成了一种特殊的关联，不论彼此相距多远，一个粒子的状态发生变化时，与其纠缠的粒子状态也会同步改变。这种现象被科学家们形象地描述为“量子非局域性”，它意味着量子纠缠可以超越空间的界限，实现超光速传递。根据目前实验显示，量子纠缠的作用速度至少比光速快10，000倍，这还只是速度下限。然而，目前科学界普遍认为，量子纠缠虽然是瞬间传递的，不过并没有传递任何信息，因此并不违反相对论。

（三）实验探索

量子纠缠的奇异性质已经在多个实验中得到了验证。其中最为着名的是爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论（EPR实验），它通过实验手段展示了量子纠缠现象的现实性。在这个实验中，科学家们成功地在两个相距很远的量子粒子之间实现了纠缠，当对其中一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态发生了预期的改变，证实了量子纠缠的非局域性。中国量子科学家也利用“墨子号”卫星进行了突破性的量子纠缠实验。这项实验不仅将量子纠缠的距离扩展到了宇宙尺度，还在地面上粒子与近地轨道上飞行的卫星粒子之间实现了纠缠，进一步验证了量子纠缠现象不受距离限制的特性。这些实验不仅对量子物理学的基础研究具有重要意义，也为未来量子通信和量子计算的实际应用提供了可能。

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四、量子纠缠的速度之谜