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匯報(bào)人:龍馨馨量子糾纏
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PAGE物理概念歷史基本概念應(yīng)用物理概念ONE物理概念在量子力學(xué)里,當(dāng)幾個(gè)粒子在彼此相互作用后,由于各個(gè)粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì),無法單獨(dú)描述各個(gè)粒子的性質(zhì),只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì),則稱這現(xiàn)象為量子纏結(jié)或量子糾纏(quantumentanglement)。量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象;在經(jīng)典力學(xué)里,找不到類似的現(xiàn)象。歷史TWO歷史
1935年,在普林斯頓高等研究院,愛因斯坦、博士后羅森、研究員波多爾斯基合作完成論文《物理實(shí)在的量子力學(xué)描述能否被認(rèn)為是完備的?》,并且將這篇論文發(fā)表于5月份的《物理評(píng)論》。這是最早探討量子力學(xué)理論對(duì)于強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)所做的反直覺預(yù)測(cè)的一篇論文。在這篇論文里,他們?cè)敿?xì)表述EPR佯謬,試圖借著一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)來論述量子力學(xué)的不完備性質(zhì)。他們并沒有更進(jìn)一步研究量子糾纏的特性。首張量子糾纏圖像歷史薛定諤閱讀完畢EPR論文之后,有很多心得感想,他用德文寫了一封信給愛因斯坦,在這封信里,他最先使用了術(shù)語Verschr?nkung(他自己將之翻譯為“糾纏”),這是為了要形容在EPR思想實(shí)驗(yàn)里,兩個(gè)暫時(shí)耦合的粒子,不再耦合之后彼此之間仍舊維持的關(guān)聯(lián)。不久之后,薛定諤發(fā)表了一篇重要論文,對(duì)于“量子糾纏”這術(shù)語給予定義,并且研究探索相關(guān)概念。歷史薛定諤體會(huì)到這概念的重要性,他表明,量子糾纏不只是量子力學(xué)的某個(gè)很有意思的性質(zhì),而是量子力學(xué)的特征性質(zhì);量子糾纏在量子力學(xué)與經(jīng)典思路之間做了一個(gè)完全切割。如同愛因斯坦一樣,薛定諤對(duì)于量子糾纏的概念并不滿意,因?yàn)榱孔蛹m纏似乎違反在相對(duì)論中對(duì)于信息傳遞所設(shè)定的速度極限。后來,愛因斯坦更譏諷量子糾纏為鬼魅般的超距作用。歷史1972年,約翰·克勞澤與史達(dá)特·弗利曼(StuartFreedman)首先完成這種檢試實(shí)驗(yàn)。1982年,阿蘭·阿斯佩的博士論文是以這種檢試實(shí)驗(yàn)為題目。他們得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合量子力學(xué)的預(yù)測(cè),不符合定域性隱變量理論的預(yù)測(cè),因此證實(shí)定域性隱變量理論不成立。但是,每一個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)都存在有漏洞,這造成了實(shí)驗(yàn)的正確性遭到質(zhì)疑,在作總結(jié)之前,還需要完成更多精確的實(shí)驗(yàn)。歷史這些年來,眾多研究結(jié)果促成了應(yīng)用這些超強(qiáng)關(guān)聯(lián)來傳遞信息的可能性,從而導(dǎo)致了量子密碼學(xué)的成功發(fā)展,最著名的有查理斯·貝內(nèi)特(CharlesBennett)與吉勒·布拉薩(GillesBrassard)發(fā)明的BB84協(xié)議、阿圖爾·艾克特(ArturEckert)發(fā)明的E91協(xié)議。2017年6月16日,量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號(hào)首先成功實(shí)現(xiàn),兩個(gè)量子糾纏光子被分發(fā)到相距超過1200公里的距離后,仍可繼續(xù)保持其量子糾纏的狀態(tài)。量子糾纏度量THREE量子糾纏度量量子糾纏與量子系統(tǒng)失序現(xiàn)象、量子信息喪失程度密切相關(guān)。量子糾纏越大,則子系統(tǒng)越失序,量子信息喪失越多;反之,量子糾纏越小,子系統(tǒng)越有序,量子信息喪失越少。因此,馮諾伊曼熵可以用來定量地描述量子糾纏,另外,還有其它種度量也可以定量地描述量子糾纏。對(duì)于兩體復(fù)合系統(tǒng),這些糾纏度量較常遵守的幾個(gè)規(guī)則為
:糾纏度量必須映射從密度算符至正實(shí)數(shù)。假若整個(gè)復(fù)合系統(tǒng)不處于糾纏態(tài),則糾纏度量必須為零。對(duì)于純態(tài)復(fù)合系統(tǒng),糾纏度量必需約化為馮諾伊曼熵。對(duì)于命定性的定域運(yùn)算與經(jīng)典通訊(localoperationandclassicalcommunication)變換,糾纏度量不會(huì)增加。對(duì)于兩體純態(tài),只有馮諾伊曼熵能夠量度量子糾纏,因?yàn)橹挥兴軌驖M足某些量度量子糾纏必須遵守的判據(jù)。對(duì)于混合態(tài),使用馮諾伊曼熵并不是能夠量度量子糾纏的獨(dú)有方法。應(yīng)用FORE應(yīng)用量子糾纏是一種物理資源,如同時(shí)間、能量、動(dòng)量等等,能夠萃取與轉(zhuǎn)換。應(yīng)用量子糾纏的機(jī)制于量子信息學(xué),很多平常不可行的事務(wù)都可以達(dá)成:量子密鑰分發(fā)能夠使通信雙方共同擁有一個(gè)隨機(jī)、安全的密鑰,來加密和解密信息,從而保證通信安全。在量子密鑰分發(fā)機(jī)制里,給定兩個(gè)處于量子糾纏的粒子,假設(shè)通信雙方各自接受到其中一個(gè)粒子,由于測(cè)量其中任意一個(gè)粒子會(huì)摧毀這對(duì)粒子的量子糾纏,任何竊聽動(dòng)作都會(huì)被通信雙方偵測(cè)發(fā)覺。密集編碼(superdensecoding)應(yīng)用量子糾纏機(jī)制來傳送信息,每?jī)蓚€(gè)經(jīng)典位元的信息,只需要用到一個(gè)量子位元,這科技可以使傳送效率加倍。應(yīng)用量子隱形傳態(tài)應(yīng)用先前發(fā)送點(diǎn)與接收點(diǎn)分享的兩個(gè)量子糾纏子系統(tǒng)與一些經(jīng)典通訊技術(shù)來傳送量子態(tài)或量子信息(編碼為量子態(tài))從發(fā)送點(diǎn)至相隔遙遠(yuǎn)距離的接收點(diǎn)。量子算法(quantumalgorithm)的速度時(shí)常會(huì)勝過對(duì)應(yīng)的經(jīng)典算法很多。但是,在量子算法里,量子糾纏所扮演的角色,物理學(xué)者尚未達(dá)成共識(shí)。有些物理學(xué)者認(rèn)為,量子糾纏對(duì)于量子算法的快速運(yùn)算貢獻(xiàn)很大,但是,只倚賴量子糾纏并無法達(dá)成快速運(yùn)算。應(yīng)用在量子計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)里,量子糾纏扮演了很重要的角色。例如,在單路量子計(jì)算機(jī)(one-wayquantumcomputer)的方法里,必須先制備出一個(gè)
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