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【获得诺贝尔奖的量子纠缠，能实现超光速通信吗】
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宇宙是广阔的 ， 如果先进的文明曾经跨越恒星并诞生跨越银河的帝国 ， 他们将不得不应对星际通信的艰巨挑战 。 令人沮丧的是 ， 爱因斯坦告诉我们 ， 粒子不能被加速超过光速 ， 因为这需要无限的能量 ， 因此对通信设置了明显的速度限制 。
对我们来说 ， 光速似乎快得惊人 ， 但对宇宙来说 ， 它慢得可怜 。 光速如此缓慢 ， 以至于对于一个横跨银河的帝国来说 ， 它的通信滞后时间将长达 100000 年 。 当通信滞后时间大大超过文明本身的转折时间尺度时 ， 认真维持一个连贯的银河帝国似乎是不切实际的 。
超光速通信显然可以拯救银河帝国 。 不幸的是 ， 在相对论中 ， 光速不仅仅是光子的速度 ， 它真正代表了因果关系的速度 。 因此 ， 打破光速不仅仅是能量不足的问题 ， 它实际上从根本上违反了因果关系本身 。 例如 ， 在消息发送之前就已经接到消息了 。
但这种不可能实际上只是源自相对论 ， 大多数物理学家都会同意任何物理理论实际上只是对现实的近似 。 所以 ， 我们暂时把相对抛到窗外 ， 转而求助量子力学 ， 这是我们在最小尺度上对宇宙的最佳描述 。 尽管量子力学有着奇异之处 ， 但我们中的许多人可能会更多地相信它的预测 ， 而不是相对论的预测 。 毕竟 ， 这是我们在日常生活中更多地利用的理论 ， 例如在手机或计算机的半导体中 。 而且 ， 它的预测已经过荒谬的精确度测试 ， 例如 ， 电子的异常磁偶极矩已经测量到千亿分之一 ， 它仍然落在理论预测之上 。
现在 ， 我们可以将狭义相对论与量子世界结合起来 ， 得到称为量子场论的东西 ， 但基本思想并不是以相对论为基础的 。 还有更多好消息 ， 因为当一个人接受量子力学并相当天真地看待它时 ， 就会发现它似乎是实现超光速通信的一种方式 ， 那就是量子纠缠 。
量子纠缠通信器的概念 ， 多年来一直在科幻小说中流行 。 量子纠缠通信器支持者强调的主要事实是 ， 纠缠的影响已被明确确定为比光速传播得更快 。 但究竟什么是量子纠缠？我们首先从量子叠加开始 ， 这是量子理论的核心特征 。
首先 ， 我们可以想象一个与任何其他粒子相互隔离的单个粒子 。 让我们考虑该粒子的量化属性：自旋 。 粒子自旋的量子态并不像我们经典预期的那样向上或向下 ， 而是两种状态的叠加 。 如果我们测量粒子自旋 ， 那么这个叠加态就会坍缩成一个单一的状态 ， 在这种情况下 ， 每个结果的概率为50% 。 量子理论迫使我们接受这样的观点 ， 即宇宙本质上是概率论 。 欧文·薛定谔 ， 他是量子理论的缔造者之一 ， 著名的薛定谔猫思想实验就说明了这种叠加状态 。
现在 ， 纠缠实际上只是叠加的一种特殊情况 ， 涉及两个或多个粒子 。 但它不是一般的叠加 ， 而是相关测量结果的叠加 ， 一个粒子的测量就可以确定另一方的测量结果 。 虽然我们可以纠缠粒子的许多不同属性 ， 但通常的例子涉及自旋 ， 其中两个粒子同时创建 ， 使得它们的自旋之和为零 。
它仍然是一个叠加态 ， 因此两个粒子实际上都没有确定的自旋值 ， 但是由于总和为零 ， 当其中一个与外部世界相互作用并选择一个特定的自旋时（比如说向上） ， 那么另一个粒子会通过坍缩来响应相反的自旋状态（向下） 。 奇怪的是 ， 这显然是瞬间发生的 ， 即使我们将这些粒子分离到很远的距离 ， 其中一个粒子的自旋状态坍缩 ， 另一个粒子也会立即坍缩 。
爱因斯坦对这个特征感到不安 ， 因为它似乎违反了他的理论 。 他甚至与同事波多尔斯基和罗森聚在一起 ， 他们写了一篇论文 ， 声称量子理论因此是不完备的 ， 这通常被称为EPR悖论 。 但今天我们知道 ， 量子理论的这一显着结果似乎颠倒了 ， 远距离发生这种动作的速度甚至比光速快10000倍 。
量子纠缠通信设备通常被设想利用的正是量子力学的这一特性 。 当然 ， 远距离动作瞬间发生的事实证明了超光速 ， 但如何使用它进行交流？假设我们有两个纠缠粒子 ， 总自旋为零 。 我们将其中一个放在我们称为鲍勃的航天器上 ， 该航天器将被送往系外行星 ， 另一个留在地球上的控制中心 ， 我们称之为爱丽丝 。
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