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简单科普量子纠缠以及人类通过怎样的实验来证明纠缠的存在最近吧

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简单科普量子纠缠以及人类通过怎样的实验来证明纠缠的存在
最近吧里那么多学习贴,我也来整个活
主要毕业论文就是做的就是纠缠光子的实验(chsh不等式),而且大众多多少少听说过量子纠缠的科普,什么传送,折跃,超光速,破坏因果之类的,啥都能沾点边,所以这次就给带🔥科普一下量子纠缠以及人们是怎么通过实验来证明量子纠缠是存在的。


IP属地:美国来自iPhone客户端1楼2020-07-20 13:12回复
    先写个大概布局吧
    1.讨论一下啥是量子纠缠。
    2.量子力学和经典力学本质上的不同
    3.为什么量子纠缠看上去违背了狭义相对论的。
    4.量子纠缠的实验验证(chsh不等式)
    5.另一个有趣的验证纠缠量子态的实验(Hong-Ou-Mandel效应)
    6.量子纠缠到底超没超光速,违不违背狭义相对论,是否真的破坏因果


    IP属地:美国来自iPhone客户端2楼2020-07-20 13:49
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      因为做实验和写论文,教授全程放养,如果有理解不对的地方,老哥们可以委婉地指出来轻点喷


      IP属地:美国来自iPhone客户端3楼2020-07-20 13:52
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        1. 啥是量子纠缠
        这里有一个最经典的例子。来引入纠缠态。
        一个自旋为0的粒子,分裂成了两个自旋不为0的粒子。我现在想知道分裂之后这哥俩的自旋分别是多少。正常来讲我应该去分别测一下它俩的自旋。但因为动量守恒,我们知道,他俩的自旋之和一定得是0。
        a+b=0,所以b=-a。
        所以他俩的自旋肯定是相反的。只不过在测量之前,我不知道具体哪个是-a,哪个是a。所以我只需要测其中一个粒子,就可以通过动量守恒知道这两个粒子的自旋分别是多少。
        在这种情况下,量子力学认为,分出来的这两个粒子可以是处于叠加态的情况。也就是说这两个粒子各自的自旋既是a又是-a。只有当你测量的时候,它们才会塌缩到其中某一个状态。
        那么问题来了,我现在只测量其中一个粒子,测得自旋是a,按照量子的说法,这个粒子从叠加态塌缩到了a。没问题。我又通过动量守恒知道另一个粒子的自旋铁定是-a。可是,我还没测量另一个粒子呀,认定他是-a不就认定了他已经不是叠加态了吗?说好的既是a又是-a呢?碰都没碰就自己塌缩🌶️量子力学不就自相矛盾了吗?就好像,我测量了其中一个粒子,结果他俩同时塌缩了。
        这里我们引入纠缠态(我个人的理解):多个粒子共享的同一个量子态,就叫纠缠态。既然是同一个量子态,那其中一个塌缩了,其他连线的就得跟着塌缩,谁也跑不了
        再回到我们的例子,分出来的两个粒子就是处于纠缠态。我测量其中一个,就会促使两个粒子同时塌缩,这样不就把之前的矛盾圆回来了嘛


        IP属地:美国来自iPhone客户端6楼2020-07-20 14:35
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          要知道,学术界最多的就是杠精。答个辩遇到相关方向的老头子能给你杠出🌼来。但物理是严谨的,必须要把那些错误的猜想杠下去。光明的背后,往往是无尽的黑暗。
          就像刚刚的粒子,你凭啥说粒子可以有什么叠加态?为了圆叠加态还要编一个纠缠态出来,还观测就塌缩?你看见它塌缩啦?什么,塌缩是不可观测的,看不了?我还说我曾经在没人的地方滑铲老虎呢为啥不是俩粒子在分裂的时候就已经确定了自己的动量是多少,只不过你还没测,不知道而已。人家命中注定了分裂时自旋就是a不行吗?跟你测不测有关系?


          IP属地:美国来自iPhone客户端7楼2020-07-20 14:59
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            证明纠缠态这个问题看上去有点无解,因为完全可以说粒子在分裂的时候就已经有了确定的自旋,是命中注定的,然后你的测量只是单纯的知道了他的自旋,并不会有什么波函数塌缩之类的。然而聪明的科学家们还真就设计了一个实验,证明了纠缠态是存在的,具体是什么样的实验呢?
            欲知后事如何


            IP属地:美国来自iPhone客户端8楼2020-07-20 15:10
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              补一句题外话,镇楼图是Aldnoah zero,最近又重看了一遍,炒鸡好看


              IP属地:美国来自iPhone客户端15楼2020-07-20 20:05
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                哎呀,楼主午觉睡醒啦,开更


                IP属地:美国来自iPhone客户端22楼2020-07-21 17:03
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                  回顾一下昨天的内容。
                  经典物理或者正常人都会认为,那两个粒子在分裂出来的时候,就已经有了各自的自旋。他俩之间再也不会有任何关系了。你测到的值是a仅仅是因为他本来就是a,你测不测他,他都应该是a。一切都是命中注定的。而且不管你对这个粒子如何操作,这都不会影响到另一个粒子的自旋。
                  而量子力学觉得8行,它们分裂之后并没有确切的自旋,只有当你测量的时候,才促使了它们按照一定概率去塌缩到某一个状态。这一切不是命中注定的。
                  后者给人的感觉就像在耍赖,反正你也没法证明我是错的,我就说只有你测量之后才有确切的自旋,你能咋的,怎么证明我是错的呢?
                  我知道吧友们很想知道到底是什么样的实验证明了量子纠缠是成立的,但剧透之前必须要做一些铺垫(氵贴)。


                  IP属地:美国来自iPhone客户端24楼2020-07-21 17:24
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                    不要嫌弃楼主在车轱辘话来回说,一段话不同程度的人会有不同的理解。这是为了避免一些边边角角的误解。


                    IP属地:美国来自iPhone客户端25楼2020-07-21 17:26
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                      2.量子物理和经典物理本质上的不同
                      我们想一下这么一个问题。这里有一个粒子,然后我拿尺子去量一下他的位置。我得到的结果是C。那么请问,在你测量这个粒子之前的0.0000000001秒,就是无限小的时间段之前,他的位置是不是C?当时有三种观点。
                      1.是的,测到啥就是啥(剃刀原理)
                      看起来最科学的一个。经典物理都觉得赞
                      2.我不知道因为你永远不知道你测的东西在之前是什么样子的,也不知道你的测量会不会对它产生影响。
                      其实也挺合理的,但是没人站边这个选项,因为一旦站边这个,那谁都别研究了。反正我们永远不可能知道一个系统在测量之前是什么样的。
                      3.这个粒子在测量之前根本就没有一个确切的位置。只有在空间上的概率分布。只有当你测量时,你测量的这个行为使得粒子随机塌缩到了一个位置。
                      看起来最扯蛋,但也是量子力学的观点。这个世界不再是命中注定的,他会因为测量而有概率的发生变化。例如,就算你知道了一个系统里面所有的粒子的状态和它们之间的作用力,你还拥有一个超高算力的计算机,你依旧无法预测下一秒当你去观测这些粒子的状态时,得到的结果是啥。简明一点,观测的结果不能被预测,就算你全知全能,你只能算出的得到每一种结果的概率


                      IP属地:美国来自iPhone客户端26楼2020-07-21 17:52
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                        3. 量子力学vs.狭义相对论
                        据说经典物理(包括相对论)和量子物理(哥本哈根学派)两派撕得不可开交。爱因斯坦亲自下场炮轰量子物理,并和其他两位物理学家提出了一个叫EPR悖论的悖论。名字叫EPR是因为每个字母代表一个物理学家,E是爱因斯坦,另外两个说了你们也不会记得下面我们介绍一下这个经典的悖论。
                        其实和我刚开始举的例子是一样的。一个自旋为0的粒子分裂成了两个粒子。量子力学认为,它们处于纠缠态,而且处于叠加态,既是a又是-a。当两个粒子分裂了,走了很远很远,此时你去测某一个粒子,测得结果是a,那么当你知道结果的那一刻,瞬间就知道另一个粒子是-a,也就是说你的一个测量,使一个十万八千里开外的粒子塌缩了。从既是a又是-a,塌缩成了-a。这样的一个因果传递明显超光速了,直接违背狭义相对论。而我们知道狭义相对论是牢不可破的,谁也撼动不了,一下就把量子力学按住了


                        IP属地:美国来自iPhone客户端27楼2020-07-21 18:23
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                          注意,这里的违背狭义相对论,很多人都会被一句超光速就糊弄过去了但你们想一个问题,之前所了解的有质量物体不能达到光速的情况,是不是因为质能方程里面有一个系数v/c:

                          当v无限接近于c的时候,分母会趋近于0,使得能量趋近于无限大,也就是说你需要无限多的能量才能把一个粒子加速到光速,所以有质量物体打到光速是不可能的,超光速就更不可能了。像无质量的物质,光子,是恒定为光速c(实验结论,狭义相对论的基本定理)。
                          但是在EPR悖论里面,我们有任何有质量的物质在传递吗?没有。有光子在传递吗?没有。仅仅是你观测了其中一个粒子,另一个距离很远的粒子因此塌缩了。好像这样的超光速也没什么不行的吧,又不是质量传递,又不是光子传递。爱因斯坦会不会只是随便杠了一下呢
                          其实还真不是,这里的超光速真就会出现严重的大问题:破坏因果
                          具体超光速会如何破坏因果律,明天继续


                          IP属地:美国28楼2020-07-21 18:49
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                            能不能来点反馈


                            IP属地:美国来自iPhone客户端29楼2020-07-21 22:51
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                              作为天使 是时候给你们看下我的翅膀了
                              ʚ ɞ


                              IP属地:美国来自iPhone客户端30楼2020-07-21 22:51
                              收起回复