量子糾纏真的超越光速嗎？或許事實並非如此

據國外媒體報道，量子糾纏是量子力學中最令人困惑的領域之一，這是一個不為人知的物理領域，對於大眾而言它並非清晰易懂，並且知識結構複雜。甚至愛因斯坦本人也對微觀粒子的驚人表現感到困惑，他堅信我們從根本上誤解了宇宙量子力學。事實證明愛因斯坦的觀點是錯誤的，但是要解釋他哪裡出了問題，以及量子領域的真實狀況，仍需要一段時間。讓我們開始揭曉其中的謎團吧……

圖片來自於 Félix Bussières/University of Geneva

像這樣的晶體可以儲存糾纏態量子，它表明了非直覺量子力學的有效性。之前科學家對量子糾纏是否超越光速存有爭議，最新研究顯示，這種觀點可能存在一定的合理性。

首要問題

量子力學最重要的經驗之一就是我們必須完全改寫我們的“粒子”概念，而不是在空間和時間上描繪一個堅硬、固體的精確點，目前科學家將粒子作為模糊概率（fuzzy probabilities），當我們尋找粒子時，會將所發現的粒子進行相應描述，但在我們進行測量之前，我們仍無法精確知道關於粒子的一切。

這些粒子模糊概率不僅僅適用於一個粒子的位置，它們也與粒子速度、角動量、旋轉等有關。如果我們對測量粒子感興趣，很可能我們不知道會提前獲得什麼發現。

粒子模糊概率也被稱為量子態（quantum states），它們是簡潔的數學方程，總結了我們想要探測粒子性質的所有概率。但是當兩個粒子共享一個量子態時，就令人非常費解。在某些情況下，我們可以用量子連線兩個粒子，因此這樣一個數學方程就能同時描述兩組粒子概率。

令愛因斯坦困惑的事情

最初，很可能只有學者才會關心，但是一些有趣的事物出現了，是兩個粒子所謂的“糾纏態”，在我們看來這是一個極為簡單，但卻令人驚訝的事實。

我們將準備超特殊糾纏量子態，這樣就可能有兩種可能的結果，在我們進行測量時，每一種結果都有一個50：50的完美機率。在第一個結果中，一個粒子存在向上旋轉，另一個結果是向下旋轉，此時的旋轉方向是相反的。

以上結論都非常正確，我們開始準備糾纏量子態測試，讓這些粒子以自由方式離開，並開始進行測量。

首次觀測粒子，我們發現一個旋轉指向。它很容易朝向下方，但這就像拋硬幣一樣，當我們正好趕上了朝向上旋轉的粒子。這將告訴我們第二個粒子的狀況嗎？由於我們非常仔細地排列糾纏量子態，我們目前百分之百地確定第二個粒子肯定是向下的。它的量子態與第一個粒子糾纏在一起，一旦出現一個啟示，就會發現這兩種情況。

如果第二個粒子在房間的另一側呢？或者在銀河系的另一邊呢？依據量子理論，一旦做出“選擇”，伴侶粒子將立即知曉是如何旋轉的，其通訊速度可接近光速，而愛因斯坦則認為這是不可能實現的。

潘朵拉量子盒

對於愛因斯坦而言，量子力學顯然是錯誤的。1935年，他與鮑里斯·波多爾斯基（Boris Podolsky）和南森·羅斯（Nathan Rosen）一起撰寫的簡短論文中，他使用了類似的思路指出新奇量子理論與自身不相符，這對於被廣泛認可的自然理論是一個嚴重打擊。愛因斯坦認為，量子力學並不能完全描述亞原子世界，而粒子攜帶著所謂的“隱藏變數”，使它們能夠在被測量之前協調其狀態。

但在幾十年的測試中，一次又一次地證實，並沒有這樣的隱藏變數。這些測試還顯示，這種“超距作用下的幽靈行為”確實是瞬間發生的。即使我們把糾纏粒子儘可能地分開，它也會這樣做。

但是物理學家仍然在討論光速是多麼地重要，以及沒有任何事物可以超越這種極限速度。難道我們沒有注意到這個明顯的矛盾嗎？

生活在量子世界

假如我保留一對糾纏狀態下粒子中的一個，將另一個粒子傳送給你。像往常一樣，我研究我的粒子，執行所有最重要的測量，並發現一個向上旋轉的粒子。然後發出一束光，告訴你所發現了什麼。

但在光訊號到達之前，你觀察你的粒子，測量量子理論下的向下旋轉粒子。但是由於我的資訊還未到達，你不知道是否你是第一個看到該資訊，或者只是隨機地得到一個向下旋轉或者如果我先開啟將你的粒子強制性進入這個狀態。只有在對比分析之後，我們才發現兩個粒子是真正地糾纏在一起，對一個粒子的測量，完全依賴於另一個粒子。在這種交流分析之前，我們無法判斷我們是否在處理已經存在的粒子。

所以雖然解開量子糾纏的過程是瞬間發生的，但並沒有相關的任何跡象。我們必須使用傳統、不超過光速的通訊方法，拼湊出量子糾纏所需的相關性。因此，愛因斯坦的宇宙速度極限被保留下來，同時從根本上講，量子的世界觀也是如此。