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量子糾纏、貝爾理論和貝爾不等式


量子糾纏是一種奇異的物理現(xiàn)象。雖然產(chǎn)生量子糾纏的機(jī)理可能沒有多少人能夠理解。但更多的科學(xué)家甚至公眾對量子糾纏現(xiàn)象本身及其制備和應(yīng)用表示出很高的研究興趣??茖W(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)也從是否存在量子糾纏這個問題轉(zhuǎn)變?yōu)榱孔蛹m纏的性質(zhì),它真的像量子力學(xué)設(shè)想的那樣,兩個糾纏的粒子成為虛聯(lián)系的整體,其中一個粒子發(fā)生變化,另一個粒子也會同步發(fā)生變化,但它們之間沒有能量和信息的傳遞和交換,也沒有時間滯后,表現(xiàn)出非定域性質(zhì)。還是像另一部分專家所認(rèn)為的,糾纏粒子間存在著目前還無法測量得到的作用或信息傳遞,或者說存在隱變量。貝爾將糾纏形成歸結(jié)為三點(diǎn)假定:一是量子力學(xué)設(shè)想下的量子糾纏;二是相互作用的定域性;三是隱變量理論。并為此提出了一個判據(jù)——貝爾不等式,也就是,如果滿足貝爾不等式則后兩者是正確的;而如果不滿足貝爾不等式,則定域性限制了隱變量理論的成立,量子糾纏應(yīng)是量子力學(xué)所設(shè)想的。但貝爾的理論在邏輯上并不自洽,貝爾的3點(diǎn)假定并不是相互獨(dú)立和完備的,相互作用的定域性并不是糾纏形成的機(jī)制,而只是對第三點(diǎn)隱變量理論的約束,因此第二點(diǎn)和第三點(diǎn)實際上可歸結(jié)為一點(diǎn),即滿足于愛因斯坦相對論的定域性隱變量理論;為滿足完備性要求,還至少應(yīng)增加非定域性隱變量理論作為第三點(diǎn)。因此,實際上應(yīng)將糾纏形成歸結(jié)為以下三種情形:一是量子力學(xué)設(shè)想的糾纏;二是定域性隱變量理論機(jī)制下的糾纏;三是非定域性隱變量理論機(jī)制下的糾纏。貝爾不等式檢測在邏輯上并不能驗證哪種糾纏機(jī)制和理論是正確的,而僅能用于驗證哪種糾纏機(jī)制和理論是錯誤的。因此,即便它能夠證否定域性隱變量機(jī)制,也不能夠證實量子力學(xué)的假設(shè),因為還存在非定域性隱變量機(jī)制。另外,貝爾不等式在邏輯上似乎還存在一個問題,即貝爾不等式檢測能否用于判斷或判否糾纏的性質(zhì),還是它僅能夠判斷是否存在糾纏。因此,貝爾不等式在解決糾纏性質(zhì)方面似乎還不是一個明確的判據(jù)。通過物理實驗來驗證糾纏及其性質(zhì)可能是唯一解決的途徑。其關(guān)鍵是首先要證明糾纏間存在的糾纏關(guān)系是否存在時間上的滯后,以及是否具有距離依賴性,即是定域的還是非定域的。目前,高精度光鐘已足以用于測量糾纏關(guān)系是否存在時間滯后;同時,科學(xué)家也已經(jīng)實現(xiàn)多個光子、電子、原子甚至分子的量子糾纏,實現(xiàn)了16km的自由空間量子隱形傳態(tài)。上述技術(shù)進(jìn)步也為測量時間滯后和距離依賴性提供了技術(shù)基礎(chǔ)。我們期待科學(xué)家能夠提供完美的實驗結(jié)果。當(dāng)然,這還不能證明糾纏是量子力學(xué)的還是其它的。不過要說明的是,上述三種糾纏機(jī)制都是滿足因果關(guān)系的。

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