栖木
2022年诺贝尔物理学奖颁发给了法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽和奥地利科学家安东·蔡林格三位科学家,他们通过实验验证纠缠光子不遵循贝尔不等式(实验结果大概1/4远低于1/3),以证明光子是在观测瞬间坍缩确定信息且另一个纠缠光子随即状态改变,而不存在初始化的设定条件(不满足任一初始条件产生的概率,所以证明为不存在)。
实验为超远距离的瞬时量子通讯提供了理论可能。

量子纠缠

举例说明:两颗向相反方向移动但速率相同的电子为例,即使一颗行至太阳边,一颗行至冥王星边,在如此遥远的距离下,它们仍保有关联性(correlation);亦即当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即时发生相应的状态变化。

初始剧本

爱因斯坦否认量子纠缠的存在,因为若存在则说明信息的传递速度大于光速(任何物体运动速度都不应该大于光速)。他认为量子在出发前就被隐含变量赋予了信息。只是看起来量子运动一致而已(实际并未进行通信)。

实验

为了证明不存在隐含变量赋予信息,三位科学家进行了实验。
简单来说实验步骤是先制造量子纠缠系统。假设有一个总自旋为0的系统,想办法从相反的方向发送两个完全相同的光子。总自旋守恒。所以发射出的光子自旋方向始终相反。
然后由ABC三种不同方向偏振片进行测量。
假设有初始信息,那么光子穿过偏振片只有8种初始状态:

A B C
1
2 不可
3 不可
4 不可
5 不可 不可
6 不可 不可
7 不可 不可
8 不可 不可 不可

如果用两端用不同的偏振片进行测量,理论上两边通过结果相同的概率应该是1/3(2-7)或者大于1/3(1 8)。

A B B C C A
1
2
3
4
5
6
7
8

实验结果大约是1/4说明不存在隐含变量赋予信息。明光子是在观测瞬间坍缩确定信息且另一个纠缠光子随即状态改变。

思考

这个实验有个问题,就是光子振幅方向必须在无外力作用下不可变。假设振幅是周期改变方向,那么由于无法精确控制两端距离,测量数据是不准确的。
如果实验严谨,哲学上证明宇宙不可分割,因果没有先后而是成对存在。