什麽是量子糾纏？量子糾纏最通俗易通的詳細講解！

近日，瑞典皇家科學院宣布，法國科學家阿蘭(lan) ·阿斯佩、美國科學家約翰·克勞澤和奧地利科學家安東(dong) ·蔡林格因通過糾纏光子實驗成功驗證了貝爾不等式在量子領域不成立，並以此開創了量子信息科學，特授予2022年諾貝爾物理學獎。

對此，學術界表示意料之中且眾(zhong) 望所歸。實際上，阿斯佩、克勞澤、蔡林格三人早在2010年就已憑借在量子糾纏領域的卓著成就而獲得僅(jin) 次於(yu) 諾貝爾物理學獎的沃爾夫物理學獎。

但即便早有預料，這一現象的成功證實也依然掀起軒然大波。

眾(zhong) 所周知，“量子糾纏”現象由EPR佯謬引申出，愛因斯坦作為(wei) 該悖論的提出者之一終其一生都在質疑量子力學的完備性，直至如今“量子糾纏”現象得到證實，愛因斯坦的思想實驗被就此推翻，量子力學的完備性再也毋庸置疑。

除此以外，該現象的現實價(jia) 值要更意義(yi) 非凡。自量子力學誕生以來，晶體(ti) 管、激光等重大發明在第一次量子革命中得以催生，近年，以量子計算和量子通信為(wei) 代表的第二次量子革命正在進行，而“量子糾纏”現象的證實無疑為(wei) 量子信息相關(guan) 新技術的發展掃清障礙。

那麽(me) ，作為(wei) 量子信息技術發展的關(guan) 鍵因素即“量子糾纏”到底是什麽(me) ？

01、什麽(me) 是“量子糾纏”

“量子糾纏”現象最初是從(cong) EPR佯謬中引申出，EPR佯謬由愛因斯坦、波多爾斯基以及羅森三人提出，屬思想實驗，實驗的目的是為(wei) 質疑量子力學的完備性。

為(wei) 證實量子力學並不完備，愛因斯坦拋出假設：一個(ge) 大粒子分裂為(wei) 兩(liang) 個(ge) 小粒子，並向相反方向飛去，根據量子力學可知，在未測量前，兩(liang) 個(ge) 粒子的自旋均處於(yu) “疊加態”即既上又下的疊加狀態，概率各為(wei) 50%，而當測量時，隻要得知了其中一個(ge) 粒子的自旋向，當下就可得知另一個(ge) 粒子的自旋向，即便兩(liang) 個(ge) 粒子相距甚遠。

可愛因斯坦卻認為(wei) ，在測量其中一個(ge) 粒子時，另一個(ge) 粒子應仍處於(yu) “疊加態”，除非兩(liang) 個(ge) 粒子之間存在某種關(guan) 聯，被測量的粒子能夠給另一個(ge) 粒子發射信號，但這顯然屬於(yu) “超距作用”。

根據已被反複論證過的相對論，世界是符合“定域論”以及“實在論”的。所謂“定域論”是指在某區域內(nei) 發生的物理事件不能立即影響到一定距離外的區域，隻能以不超過光速的信息傳(chuan) 遞速度影響到其他區域；所謂“實在論”即物體(ti) 在被測量前就已經有了確切量。

而因“疊加態”所導致的“超距作用”明顯違反“定域論”和“實在論”，由此，愛因斯坦得出結論，“超距作用”是不可能的，量子力學也是不完備的。

同時，針對“疊加態”，愛因斯坦提出“隱變量理論”作反駁。“隱變量”指隱藏變量，具體(ti) 而言是指粒子本身攜帶能夠決(jue) 定觀測結果的其他變量，在觀測前，粒子的自旋方向就已經被隱藏變量決(jue) 定了，與(yu) “超距作用”無關(guan) 。

以上即是著名的EPR佯謬的思想實驗內(nei) 容。在這之後，薛定諤又通過有關(guan) 於(yu) 貓的思想實驗（薛定諤的貓）來取笑量子力學中這一奇怪的現象，並稱之為(wei) “量子糾纏”。

此後，學術界有關(guan) 隱藏變量和量子力學完備性的爭(zheng) 論開始展開。

1964年，為(wei) 驗證隱藏變量與(yu) 量子力學的正確與(yu) 否，貝爾利用不等式將兩(liang) 個(ge) 粒子測量結果之間的關(guan) 聯性進行描述，該不等式後被稱為(wei) “貝爾不等式”。

“貝爾不等式”是定域隱變量理論都應滿足的不等式，事實也證明，當通過定域隱變量理論計算各種被觀測量觀測結果的關(guan) 聯時，滿足貝爾不等式；但在量子力學中，若用“量子糾纏態”描述被觀測量時，根據量子力學計算得出的結果是違反貝爾不等式的。因此，量子力學是完備的。

但“貝爾不等式”僅(jin) 是一個(ge) 判斷依據，後續仍需通過實驗作為(wei) 佐證，而本次獲得諾貝爾物理學獎的三位科學家則是貝爾不等式實驗驗證的突出貢獻者。

其中約翰·克勞澤提出用糾纏態光子來檢驗貝爾不等式的可行的實驗方案，並在1972年獲得了與(yu) 量子力學一致，違反貝爾不等式的結果。但這一實驗存在不能保證係統裏不含預先的信息的漏洞。

為(wei) 修補這一漏洞，阿蘭(lan) ·阿斯佩建立了一個(ge) 新的裝置，並反複進行了完善以確保係統裏不含預先信息。

而安東(dong) ·塞林格則研究了多粒子糾纏係統，並首次進行量子隱形傳(chuan) 態驗證實驗。

最終，在數代科學家的不懈實驗中，貝爾不等式在量子領域不成立的結果被成功證實，量子力學的完備性再也毋庸置疑，微觀粒子之間也的確存在“量子糾纏態”。

有共同來源的兩(liang) 個(ge) 微觀粒子之間存在糾纏關(guan) 係，不論相距多遠，隻要一個(ge) 粒子的性質發生變化，另一個(ge) 粒子即能瞬間得知其狀態從(cong) 而發生相應變化。這就是物理學的神秘以及震撼之處。

那麽(me) ，作為(wei) 物理學發展強盛的英國，都有哪些大學的物理學專(zhuan) 業(ye) 值得申請呢？

02、物理學實力雄厚後的英國大學

物理學是一種自然科學，注重於(yu) 研究物質、能量、空間、時間，尤其是它們(men) 各自的性質與(yu) 彼此之間的相互關(guan) 係。物理學是關(guan) 於(yu) 大自然規律的知識，更廣義(yi) 地說，物理學探索分析大自然所發生的現象，以了解其規則。

相應的，物理學專(zhuan) 業(ye) 培養(yang) 掌握物理學基本理論、方法，具有良好的數學基礎和實驗技能，能夠從(cong) 事物理學或相關(guan) 科學技術領域的科學研究、教學、技術及相關(guan) 管理工作的高級專(zhuan) 業(ye) 人才。

綜合四大權威世界大學排名榜單可知，劍橋大學、牛津大學、帝國理工學院、倫(lun) 敦大學學院、曼徹斯特大學和愛丁堡大學是公認的6所物理學專(zhuan) 業(ye) 實力雄厚的英國大學。

劍橋大學

劍橋大學的專(zhuan) 業(ye) 設置較為(wei) 特殊，如果想要就讀劍橋大學讀物理專(zhuan) 業(ye) ，首先需要考進劍橋大學的自然科學專(zhuan) 業(ye) 。

自然科學專(zhuan) 業(ye) 是劍橋大學最大的專(zhuan) 業(ye) 之一，為(wei) 學員提供來自16個(ge) 係的物理和生物科學相關(guan) 的國際課程。

牛津大學

牛津大學本科物理教學有著獨特的方法，充分利用了物理係研究項目的廣度和質量，以及豐(feng) 富的專(zhuan) 業(ye) 知識。教學包括物理係和學院。物理係決(jue) 定科目，安排講座和實踐，設置和標記考試。學院組織輔導，在那裏提交和討論項目同時提供項目支持和建議。

帝國理工學院

帝國理工學院的物理學專(zhuan) 業(ye) 涵蓋基礎物理和應用物理方麵範圍廣闊的領域，除了核心課程，帝國理工學院物理學專(zhuan) 業(ye) 還提供各種各樣的選修課程。

通過這些課程，學生有機會(hui) 接觸該領域最前沿的研究。其中一些研究為(wei) 物理學許多領域的突破性進展做出了自己的貢獻，比如天體(ti) 物理學、量子光學以及激光科學等。

倫(lun) 敦大學學院

從(cong) 會(hui) 計到天體(ti) 物理學，從(cong) 計算到低溫學，倫(lun) 敦大學學院的理論物理學學位是需要科學技能的整個(ge) 職業(ye) 領域的強大資產(chan) 。

愛丁堡大學

英國愛丁堡大學物理專(zhuan) 業(ye) 項目是愛丁堡大學希格斯理論物理中心的核心項目，於(yu) 歐洲核子研究組織(CERN)探測到希格斯玻色子之後所設立，標誌著理論物理學研究新時代的開始。

愛丁堡大學物理專(zhuan) 業(ye) 引入廣泛應用於(yu) 各研究領域的先進思想和技術，並強調基礎物理概念，以培養(yang) 學術和實務人才。

曼切斯特大學

曼徹斯特大學物理與(yu) 天文係始建於(yu) 1874年，是英國規模最大和辦學曆史最悠久的物理係之一。2004年由原曼徹斯特維多利亞(ya) 大學和曼徹斯特理工大學兩(liang) 所高校的物理係合並而組成如今的曼徹斯特大學物理與(yu) 天文係。

在過往的學生和教職員當中，曼大物理係誕生了12位諾獎得主。

以上即是物理學專(zhuan) 業(ye) 實力雄厚的英國大學。