如何用普通人能理解的語言解釋量子糾纏?

時間 2021-05-06 04:14:46

1樓:

我從數學上解釋一下量子糾纏為什麼是三階邏輯的公理系統裡粒子的運動狀態,以及當我們去測量其中乙個粒子的運動狀態時,為什麼系統就變成了一階邏輯的公理系統裡的粒子的運動狀態,而一階邏輯的公理系統裡的粒子對沒有糾纏現象,只有在三階邏輯的公理系統裡才會出現量子糾纏現象。

給出三階邏輯的公理系統[1]

我們多數見到的公理都是一階邏輯的公理系統,比如集合論書籍[2]裡的公理都可以當成一階邏輯的公理。

現在給出二階邏輯的公理系統:

1、A=,B=,C=,

D=,E=...

2、滿足任意兩個A、B、C、D、E...集合的交集都為空集

注:二階邏輯的公理系統不能簡單地理解成是一階邏輯系統的平行世界,因為這裡各個一階邏輯系統都是複雜關聯在一起,它們是乙個整體。在二階邏輯的公理系統看來,一階邏輯的元素不等於它本身是一種常態,比如1不等於1,a不等於a都是可以邏輯成立的。

三階邏輯的公理系統:

1、A=,B=,C=,

D=,E=...

2、滿足任意兩個A、B、C、D、E...集合的交集都為空集

3、存在某些條件,使A、B、C、D、E...集合在該些條件的作用下,變成 、 、 、 、 ...集合,滿足 ...=

這裡的某些條件,比如極限思想(非標準分析)的參與等。

三階邏輯的公理系統告訴我們它絕大多數情況下是兩層公理系統,存在個別情況是一層公理系統,這種個別情況跟空集有關。

如果你能看懂三階邏輯的公理系統並結合非標準分析模型,就能知道量子糾纏是怎麼回事。

基於三階邏輯的公理系統和非標準分析模型,我們可以得到:由A系統出現的幾何形狀可以準確計算出B系統出現的幾何形狀,這裡的幾何是一類跨出一階邏輯公理系統的幾何,由乙個一階邏輯公理系統的幾何求另乙個一階邏輯公理系統的幾何,兩個不同的一階邏輯的公理系統的幾何是互相關聯在一起的。應用到物理我們可以得到:

由A系統粒子的運動方程可以推出B系統粒子的運動方程,量子糾纏就是這麼產生的,但是當我們去測量A系統粒子的運動狀態時,我們破壞了三階邏輯的公理系統,使系統變成了一階邏輯的公理系統,而一階邏輯的公理系統裡A=B集合,只有在二階邏輯的公理系統及以上邏輯系統才會出現A∩B=,即出現A B。

之前已經說過了,羅素悖論在二階及以上的邏輯的公理系統裡不是悖論,只有在一階邏輯的公理系統裡才是悖論,徹底解決了羅素悖論就知道量子糾纏是怎麼回事了。

2樓:胖胖大叔

乙個蘋果一切兩半,看到左一半你就會猜到右一半的情況了,如果沒有切的時候,你是無法知道那兩半蘋果是什麼情況。這時候我們說這兩個半個蘋果處於類似量子糾纏狀態。我這個解釋應該是所有答案裡最容易理解的吧?

3樓:

我所理解的量子糾纏用最通俗的語言來說就是當你罵乙個人,他就會打噴嚏;當你想乙個人,她就會紅耳朵。這種糾纏狀態的量子碰到一起,乙個會打起來,乙個會抱起來。所以不同原始驅動,碰到一起,會有不同結果。

4樓:re 從零開始的程式設計師

一對手套,乙個是左手,乙個是右手,這倆手套放在兩個盒子裡面。

你開啟乙個盒子,知道其中乙個是左手了,另外乙個肯定就是右手了。

貌似沒什麼不對勁的地方。當然量子糾纏不是這種東西了…………但是按照量子力學的觀點,在你不開啟這個盒子之前,這個手套是左手與右手的疊加態。

兩個盒子放的很遠很遠,有一光年那麼遠。

ok,現在開啟乙個盒子,其中乙個盒子是疊加態塌縮了,確定為左手了。

另外乙個遠在天邊的盒子狀態立馬蹋縮了,確定為右手。

問題就在這裡,這個兩個手套之間距離一光年,乙個手套蹋縮了,另外乙個手套怎麼知道的這個訊息,然後自己也在同一時間蹋縮了?

說個有意思的事情,相對論說了,一切資訊不能超過光速,什麼是資訊?

當手套蹋縮了,另乙個手套也同時蹋縮,毫無疑問,這倆手套之間可能發生了什麼,但是人類無法利用這種關係傳遞什麼訊息。這算資訊嗎?

5樓:鹽選科普

1用「量子糾纏」來比喻人和人之間的關係是非常浪漫的,不過,果殼網立刻撰文指出了這個比喻可能存在幾個隱患(見下圖):

2果殼網說的這兩個問題都是客觀存在的。量子糾纏不僅僅可以存在於 2 個粒子之間,還可以存在於 3 個粒子甚至 3 組巨集觀量子態之間。而且,量子糾纏不僅僅是理論上的概念,科學家早已在實驗中製造了出來,而且他們還把實驗用的量子處理器連上網,做成了雲服務系統,讓你可以親手操縱它。

接下來就教你用滑鼠和鍵盤,在現實世界中製造出乙個「三角關係」的巨集觀量子糾纏態!

中科院量子資訊與量子科技創新研究院和阿里雲聯合發布了一款雲服務系統,通過這個系統,你可以操縱他們新上線的一台 11 量子位元的超導量子處理器。

3免費註冊賬號之後,任何人都可以訪問這個雲系統,然後按照自己的想法,對其中的 11 個量子位元執行各種計算操作,也就是執行自己的量子計算「程式」。

在開始造量子糾纏之前,我們需要對超導量子處理器做乙個完整的介紹。

我們先來猜猜看,量子處理器應該長什麼樣?雖然咱們都不會製造量子處理器,但是可以推想,量子處理器背後的規律是量子力學,量子力學是描述微觀世界的物理定律,所以,能夠用來造量子處理器的東西,可能是原子、光子、電子這樣的微觀粒子。

4那麼問題來了,量子處理器是用幾個原子、光子、電子造的,你買回來敢往家裡放嗎?萬一找不到了你怨誰?

5就算你敢往家裡放,你知道怎麼用嗎?原子、光子、電子這玩意兒誰會操縱?

6萬一有一天,你好不容易攢了錢,血拼回來一塊最新版硬體,打算公升級一下原有裝置,那麼這兩堆原子應該怎樣連起來?

這麼一琢磨,感覺量子處理器就算造出來,咱們老百姓也沒法玩啊。難道科學家就不能造一台長得像計算機的量子計算機嗎?這次雲系統用的量子處理器是用什麼材料做的呢?

7別著急,我給大家推薦一款用巨集觀材料製造、易上手、可擴充套件的量子處理器——超導量子處理器。

81 量子處理器居然有電路圖?

超導量子處理器最好玩的地方,就是它真的很像經典計算機的處理器(CPU)。

假如你拆開自己的手機或者電腦,會在電路板上看到什麼?肯定會看到導線、電容、電感、電阻等電子元件。如果你拿顯微鏡檢視 CPU 的電路,還能看到二極體、三極體。

同樣的道理,如果你拆開超導量子處理器,就會看到類似下面這樣的乙個電路圖,這不是別的,正是乙個超導量子位元的電路圖。

9如果你中學學過的知識沒忘,還記得怎麼認電子元件符號的話,就會發現超導量子位元的電路圖很眼熟,就是電容。

1011

注:其實圖中這個元件叫四分之一波長諧振腔。

這麼簡單的電路就能產生量子位元?答案是肯定的。你有沒有注意到,在這個簡單的電路中,有乙個在經典計算機電路圖裡看不到的東西,就是右邊這兩個 ×:

這兩個 × 可不是畫錯了,它就是曾經獲得過 1973 年諾貝爾物理學獎的約瑟夫森結。正是因為有了這個結,看似不起眼的電路圖才能搖身一變,變成乙個量子位元。那麼,它到底是怎麼變的呢?

122 有了結,怎麼就成了量子位元?

在經典計算機中,我們用電路中電壓的大小來表示經典位元中的 1 和 0。例如,有的晶元規定,正 12V 電壓表示位元 1,負 12V 表示位元 0。

13同樣的道理,如果我們要用電子元件造量子位元,就得想辦法在電路中造出兩個不同的量子狀態來,乙個狀態表示 1,乙個狀態表示 0。可是,我們平時常用的電容、電感,都是線性元件。用它們搭乙個電路,產生的量子狀態可不止兩個,而是一堆均勻的量子狀態。

14通上電以後,系統很可能在不同的量子狀態上亂竄,根本控制不了。

15而且,只要有電路就會有電阻,一通上電,它就會一邊計算一邊發熱一邊損耗能量。就算開始不亂套,算上一會兒它也會亂套。

16在這種情況下,科學家自然會想,有沒有一種不會發熱、不會損耗能量的電子元件呢?而且,它還得是非線性的,能強行造出兩個特殊的量子狀態用來表示 1 和 0?

世界上有一種電子元件滿足這些條件,那就是約瑟夫森結。

6樓:rlphd

量子糾纏是量子力學所預言的一件很誇張的事情,它是一種可以無視任何距離直接到達的物質間的相互作用,在這種作用下,物質相互影響,出現或改變其狀態。著名物理學家愛因斯坦甚至曾經拿它來作為量子力學錯誤的證據。愛因斯坦在懟另一位物理學家玻爾時,說了他對量子糾纏的看法,後者是量子力學的堅定支持者。

愛因斯坦認為量子糾纏實際上並不存在。物質的狀態事先就已經確定好的,只是人們一開始不知道,在觀測後知道了而已,並不是像量子力學說的那樣,物質的狀態一開始不存在,在人們觀測了之後,物質的狀態才出現(最關鍵的一點是,物質是什麼狀態,取決於測量的人怎麼測量)。這樣就不存在這種神奇的「相互作用」了。

當時兩個人在這個問題上糾纏不休,愛因斯坦說狀態是確定的,如果不知道,去測量一下就知道。而玻爾說正因為被測量了,狀態才確定的。以下簡單模擬一下當時的場景:

「不測量當然不確定。測量一下就確定了。」

「測量當然就確定了,因為它是被測量確定的。在沒測量的時候,是不確定的。」

「沒測量怎麼確定?要測量才會確定。」

「測量當然就……好像又回去了。」

有些人會問:愛因斯坦是不是老糊塗了?竟然說量子力學是錯的!

不是,因為愛因斯坦提出來的這個東西是違背了相對論的。首先,愛因斯坦沒有說量子力學是錯的,他只是說量子力學是不完備的,雖然大家都知道按照愛因斯坦的說法,其實就是說量子力學是錯的。有些人認為愛因斯坦是想把話說得委婉一點,不那麼絕對。

但恐怕不完全是這樣的,還有別的用意。相對論明確表示「光速是宇宙中最大的速度」。而量子糾纏是「瞬時」的,也就是不需要時間,可以無視距離。

愛因斯坦還給量子糾纏起了個特別的名字叫做「鬼」,意思是出現量子糾纏就像見了鬼一樣不可思議,以此來表示量子糾纏的荒謬。愛因斯坦提出這個問題,並且說量子力學是不完備的,這讓人們想起當年的相對論的誕生。首先是狹義相對論,那正是因為乙個(在實際上不完備的)科學理論跟相對性原理矛盾而被找出來的。

狹義相對論更完備,它統一了那兩個理論,解決了那個矛盾問題。然後是廣義相對論,那正是因為乙個(在實際上不完備的)科學理論跟狹義相對論矛盾而被找出來的。廣義相對論更完備,它統一了那兩個理論,解決了那個矛盾問題。

沒錯,愛因斯坦認為這次也一樣,他認為還有更廣泛的理論沒有被發現,而那個理論更完備,能夠統一相對論和量子力學,解決這個矛盾問題。這才是愛因斯坦的用意。

愛因斯坦一直不認同量子力學的許多觀點。例如不確定性,愛因斯坦對此說了一句很有名的話:「上帝不擲骰子。

」意思是宇宙是確定的,只是有時候人們不知道,但上帝是知道的。而玻爾對此的回應是「我們應該停止說上帝會做什麼」,意思是上帝會做什麼不是由我們說了算的

但是量子計算機對於普通人來說可能不大直觀,我個人認為還有乙個實際應用更直觀一些,這就是量子傳送機。這個東西要是被成功製造出來了,那麼在交通上會有很大的方便。因為這種傳送機可以無視任何距離和障礙,不需要任何傳送時間,將乙個物體(包括人)從乙個地方瞬間傳送到另乙個地方。

如果有這樣的一台機器,那麼月球就像是在你家隔壁一樣了,你上一秒還在家裡,下一秒就在月球上了。

這是不是很誇張?這只有運用量子糾纏才能實現的事。其原理是將傳送機的兩頭進行量子糾纏,使得當有物體在傳送機的一頭被打散的同時,在傳送機的另一頭組合出一模一樣的物體。

不過我個人認為那重新組合出來的物體可能不是原來的物體了。如果是乙個人去傳送的話,從傳送機另一頭出來的還是不是同乙個人都還是個問題。要是真的有這麼一台機器,請問你敢親身使用嗎?

對於如此大規模的粒子傳送,目前還無法實現,但已經有人表示他們已經實現了對於單個粒子的傳送。

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