问题

一直无法理解为什么量子纠缠无法传递信息?

回答
这个问题触及了量子力学最令人着迷、也最违反直觉的方面之一。我们往往会被量子纠缠的神奇联系所吸引,它似乎预示着瞬间通信的可能。然而,事实并非如此,这种“无法传递信息”的说法,背后有着深刻的物理原因,是我们必须仔细梳理才能理解的。

想象一下,你和你的朋友(我们姑且称他们为Alice和Bob)各持有一个被纠缠的粒子。这两个粒子就像是拥有着某种神秘联系的硬币,它们被“锁定”在一起,无论相隔多远。在你测量你的粒子时,它会随机地呈现出一个状态,比如“正面”或“反面”。而最神奇的是,在Alice测量她的粒子时,她会立刻得知Bob的粒子所呈现的状态。如果Alice测量到的是“正面”,那么Bob的粒子瞬间就处于“反面”状态,反之亦然。这种相关性是如此的确定,以至于你可能会想:“太棒了,我们现在可以瞬间告诉对方一些事情了!”

然而,问题就出在这个“瞬间”上,以及我们如何“解读”这个结果。

首先,让我们聚焦在你(Alice)身上。当你去测量你的粒子时,你并不能“选择”你的粒子会呈现出什么状态。量子力学告诉我们,粒子的状态是在测量的那一刻才被随机确定的。你可能会得到“正面”,也可能得到“反面”,而且这两种结果出现的概率是均等的。你无法控制你的粒子会是什么样子,就像你无法控制抛硬币的结果一样,只不过这里的“抛硬币”是在量子层面发生的,而且结果是确定的(一个粒子确定是什么状态,另一个就确定是什么状态)。

现在,假设你测量到了“正面”。你当然知道Bob的粒子现在一定是“反面”。但Bob怎么知道你测到了“正面”呢?你不能通过直接告诉他来传递这个信息。如果你们之间没有一个传统的通信渠道(比如电话、电子邮件、信件),Bob是无法知道你的测量结果的。

Bob也测量了他自己的粒子。他也同样会得到一个随机的结果,比如“反面”。他知道,如果Alice测到了“正面”,那么他的结果就一定是“反面”。但是,Bob不知道Alice是否进行了测量,也不知道Alice的测量结果是什么。对于Bob来说,他看到的只是一个随机的粒子状态,就像他之前看到的一样。

真正的困境在于,你无法通过操纵你自己的粒子来让Bob的粒子呈现出特定的、有意义的状态。 你不能让你的粒子“一定”变成“正面”来传递一个“1”,或者“一定”变成“反面”来传递一个“0”。你的测量结果是随机的,你无法通过你的意愿去“编码”信息。

想象一下,如果你能控制你的粒子测量结果,那么你就可以通过测量你的粒子来影响Bob粒子的状态,然后Bob就可以通过他的测量结果来解读你发送的信息。但是,物理定律不允许你做到这一点。纠缠体的状态是整体的,你在一个粒子上的测量扰动了整个纠缠态,但这种扰动的结果是随机的,无法被指定。

因此,尽管两个纠缠粒子之间的“联动”是瞬时的,但这种联动本身并不能用来编码和传递有意义的信息。为了让Bob理解你测量到了什么,你们需要一个额外的、符合物理速度限制的通信手段来传递你的测量结果。只有当Bob知道了你的测量结果后,他才能将他的测量结果和你传递过来的结果进行比对,从而看到那种“神奇”的相关性。

简而言之,量子纠缠提供的是一种“预先确定的相关性”,而不是一种“可控的信号”。就像两个被锁在不同盒子里的手套,你打开你的盒子看到的是一只左手套,你立刻就知道另一个盒子里一定是右手套。但是,你无法通过打开盒子看到左手套这件事,来让对方盒子里出现右手套。这种相关性是你从一开始就确定的,而不是你通过这次打开盒子“创造”出来的。

所以,量子纠缠虽然揭示了宇宙深层次的非局域性,展现了粒子之间一种超越时空限制的神秘连接,但这种连接的本质是概率性的、非操纵性的。它让我们惊叹于自然的奥秘,但它也坚守着信息传递的基本规则:任何信息的传递,最终都逃脱不了光速的限制。

网友意见

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因为你所说的信息和数学上的信息不是一个东西……


举个简单的例子,假设我在家里看双色球的开奖,号码是1,5,15,21,7,13。那么现在你去看双色球的开奖信息,你也会看到这几个号码,那我传递什么信息给你了?


所以量子纠缠不可能传递信息,但是我们可以用来加密信息,例如我发给你一句话,然后告诉你,用刚才双色球的开奖结果的顺序读这句话……

这就是量子隐态传输。当然量子隐态传输比双色球加密方式要好得多,因为量子隐态传输的开奖号码只有我们俩知道,这样即便别人破解了我们之间的秘密通信的方式,还是不能解出信息……

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