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两个粒子的外部信息是共同的,一个纠缠量子动了,另外一个纠缠粒子便会互动。它们的内外部信息是一体的,永远没有距离,彼此不分。量子纠缠是一个内外信息的问题,小粒子可以纠缠,大粒子也可纠缠,两个纠缠的粒子信息是一样的。如果来了一个新粒子和其中的一个发生纠缠,就必须信息同化,自然多余的信息就给了那落单的粒子了。在外来粒子取代原有粒子的同时,在外部信息改变中,粒子内部信息同时发生改变。

知识拓展:

量子纠缠(quantum entanglement),或称量子缠结,是一种量子力学现象,是1935年由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的一种波,其量子态表达式:其中x1,x2分别代表了两个粒子的坐标,这样一个量子态的基本特征是在任何表象下,它都不可以写成两个子系统的量子态的直积的形式。定义上描述复合系统(具有两个以上的成员系统)之一类特殊的量子态,此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积(tensor product)。

量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术,与超光速传递信息相关。尽管知道这些粒子之间“交流”的速度很快,但我们目前却无法利用这种联系以如此快的速度控制和传递信息。因此爱因斯坦提出的规则,也即任何信息传递的速度都无法超过光速,仍然成立。实际上的纠缠作用并不很远,而且一旦干涉其中的一方,纠缠态就会自动消除。

理论产生

从19世纪末到20世纪初,量子力学快速发展并完善起来,解决了许多经典理论不能解释的现象,大量的实验事实及实际应用也证明了量子力学是一个成功的物理理论。但是关于量子力学的基本原理的理解却存在不同的解释。

众多的物理学家在自己观点的指引下,对量子力学的基本解释提出了自己的看法,主要有三种:传统解释、PTV系统解释和统计解释,这三种解释之间既有区别又有联系来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-17.html。来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-120.html

传统解释出发点是量子假设,强调微观领域内每个原子过程或基元中存在着本质的不连续,其核心思想是玻尔的互补原理(并协原理),还接受了玻恩对态函数的概率解释,并把这种概率理解为是同一个粒子在给定时刻出现在某处的概率密度来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-321.html。PTV系统解释的代表是玻姆,这种解释试图通过构造各种隐变量量子论来寻找量子力学的决定论基础,即为态函数的概率解释建构决定论的基石,目的是在微观物理学领域内恢复决定论和严格因果性,消除经典世界同量子世界的独特划分,回到经典物理学的预设概念,建立物理世界的统一说明。统计解释认为态函数是对统计系统的描述,量子理论是关于系统的统计理论,这个系统是由全同地(或相似的)制备的系统组成,不需要一个预先确定的动力学变量的集合,是一种最低限度的系统解释。

上面讲到三种观点之间,是既有联系又有区别,正是由于各方都坚持己见,才有了著名的爱因斯坦与玻尔之间的论战。(爱因斯坦说:“上帝不掷骰子。”玻尔说:“亲爱的爱因斯坦不要指挥上帝做什么。”)量子纠缠才被爱因斯坦以一个悖论的疑问提出。量子纠缠就此提出。

1927年9月,玻尔在科摩会议中首度公开地演讲他的互补原理,由于他采用了大量的哲学语言来阐释互补原理,使大家感到震惊与困惑。当时大多数人对于测不准关系及互补原理的深刻内涵还不大明了。几个星期后在布鲁塞尔举行的第五届solvya会议,包括玻尔、爱因斯坦、玻恩、薛定谔、海森堡等世界最著名的科学家都出席了这项盛会。玻尔在会议中重述了他在科摩会议上的观点。由于爱因斯坦并未参加科摩会议,因为目前地球上面能干扰量子纠缠的环境基本没有,他出席了也没有任何的证明量子学还是在他的知识理论下。但他知道,量子纠缠在黑洞,及更小的等级时绝对会干扰量子纠缠,这还是他首次听到玻尔亲自阐述互补原理和对量子力学的诠释。

来自荷兰量子计算公司 QuTech 的一支研究团队,刚刚率先实现了包含三个量子处理器的多节点量子网络,并且获得了关键量子网络协议的原理证明。 在近日发表于《科学》杂志的一篇题为《基于远程固态量子位的多节点量子网络实现》的文章中,他们已经介绍了这项通往未来量子互联网的重要里程碑式发现。

Matteo Pompoili 与 Sophie Hermans(来自:QuTech / Marieke de Lorijn 摄)

互联网的强大之处,在于能够联通地球上任意两台计算机,从而实现数十年前设计的应用程序都梦想不到的新功能。

现如今,世界各地的诸多实验室,都有许多研究人员在努力开发第一个量子互联网。该网络可在相隔极远的距离上,连接任意两台量子设备,比如量子计算机或传感器。来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202412-30.html

尽管当今的互联网仍在以 0 和 1 这“1-bit”来分配信息,但未来的量子互联网将可同时使用两种位态。

研究团队成员之一的博士研究生 Matteo Pompili 表示:“从无法破解的通信、到具有完全用户隐私的云计算、再到高精度计时等功能,量子互联网将开辟一系列新颖的应用”来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-121.html

量子网络节点之一,反射镜与滤光片将激光束引导至钻石芯片。

过去十年,研究人员已经设法量两个共享直接物理链接的量子设备连到一起,从而迈出了通往量子互联网的第一步。

不过在实现可伸缩的量子网络之前,仍需搞定通过中间节点的量子信息传输,这点类似于传统互联网中的路由器。

与此同时,许多有前途的量子互联网应用,都依赖于纠缠的量子比特,但它们往往分布在多个节点之间来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-224.html

所谓纠缠,特指量子尺度上观察到的一种现象,此前研究人员已经揭示过无论远近都能实现纠缠的特性。

除了算力强大的量子计算机,这项特性还为将来量子互联网的量子信息共享奠定了基础。

视频截图(动画示意)

在 QuTech 的实验中,初始的量子网络由三个节点组成,它们在同一建筑物内相距一定的范围来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-436.html。为让这些节点能够组成一个真正的网络来运行,研究人员不得不发明一种新颖的架构,以使之扩展到单个链接之外。

据悉,被称作 Bob 的中间结点,与称作 Alice 和 Charlie 的两个外部节点都具有物理连接,从而允许与这些节点中的每一个都建立量子纠缠链接来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-9.html

此外 Bob 配备了一个可用作存储器的额外量子比特,以在建立新链接时存储先前生成的量子链接。

在 Alice-Bob 和 Bob-Charlie 之间建立量子链接之后,Bob 可通过一组量子运算,将这些链接转换为 Alice-Charlie 的量子链接。

The Worlds First Rudimentary Quantum Network(via)

量子互联网的一个重要特征,就是需要通过“标志”信号来宣布完成了这些(本质上也是概率性的)协议来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-240.html。这点对于量子网络的可伸缩性至关重要,因为将来需要通过许多这样的协议来串称一个大网。

团队另一位成员 Sophie Hermans 表示:“一旦建立了连接,我们就能保持最终的纠缠状态,并保护其免受噪音的干扰。理论上,我们可以将这些状态用于量子密钥的分发、量子计算、或任何其它后续的量子协议”。

研究领队 Ronald Hanson 总结道:“这是首个基于纠缠的量子网络,可作为研究人员开发和测试量子互联网的软硬件及协议的独特平台”来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-124.html

未来量子互联网将由无数的量子设备和中间结点组成,QuTech 团队已在研究将之与现有数据基础架构提供兼容的可行性来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-39.html

在适当的时候,他们将在实验室外的电信光纤上对当前原理进行验证,预计 QuTech 的城际量子互联网演示线路可在 2022 年完成。

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