通过在现有系统中创建两个纠缠的光子，然后将它们分开很长的距离，我们可以通过测量另一个光子的状态来获得有关一个光子的状态的信息。量子物理学充满了困惑，以与我们的直觉相矛盾而臭名昭著。 这些粒子似乎知道您是否在看它们，并且根据是否在观看它们，通过双缝显示出不同的行为。 单个量（例如粒子的位置）的测量会在互补量（例如动量）中产生其固有的不确定性。 而且，如果您在垂直方向上测量其自旋，则应在水平方向上破坏有关背面的信息。 但是，所有量子现象中最“令人恐惧的”将是量子纠缠，当一个粒子似乎立即“知道”与之混淆的伙伴是否被测量时，即使它是在宇宙的另一端完成的。 本周，我们将着眼于读者的问题，为什么这通常被认为是一个谜。
从光子的角度来看，它们在零时间内传播了零距离。 那么，这有什么可怕的呢？ 在对其中一个进行测量之前，它们会处于相同的位置，并且同时存在（如果您相信它们的话），因此不能协调他们协调其状态的谜团。
合理的推理：快速移动的粒子的时间膨胀意味着它们可以以任何速度协调其状态。 但是这个谜题并不是那么容易解决。
验证量子非局域性的第三次Aspe实验的方案。 来自源的纠缠的光子被发送到两个开关，将它们导向偏振传感器。 开关非常快速地切换其状态，从而在光子飞行期间更改检测器设置。首先，让我们讨论纠缠的问题。 实验通常是在光子上进行的：您将一个量子光通过一种特殊的材料（散射晶体）传输，将其分成两个光子。 这些光子在某种意义上将发生纠缠，即，如果一个具有自旋，则内部角动量为+1，那么另一个将具有-1。 但是我们不知道哪一个。 您甚至可以进行以下实验：考虑大量光子后，
•统计结果，如果旋转+1，
•统计结果，如果spin为-1，
•和统计结果，以防旋转不确定。
很难直观地看到这些结果，但是在量子力学中有一个很好的类比：粒子通过双间隙。
如果电子，光子或任何其他粒子穿过双间隙，则会出现干涉图样。 但这只会在您不检查间隙的情况下发生！如果您使粒子穿过双缝-即具有两个彼此非常靠近的窄缝的屏幕-并且它穿过它们，而不是被屏幕挡住，您可以轻松确定它在另一侧的位置。 如果通过双锅一次发射许多粒子，您会发现穿过裂缝的粒子形成干涉图案。 换句话说，每个粒子的行为都不像它已经穿过一个或另一个间隙。 她的举止好像一次穿过两个插槽，以波浪的方式干扰自己，并继续移动。
但是这张照片展示了宇宙所有粒子的奇怪的量子力学性质，只有当您不确定粒子穿过哪个间隙时，才会出现。
如果确定粒子穿过哪个间隙，而使其余的实验保持不变，则根本不会获得干涉图。取而代之的是，如果在穿过一个插槽的情况下测量粒子-可以通过安装计数器来完成-您将不会看到干涉图。 您将获得一束与通过插槽1对应的粒子，以及一束用于插槽2的粒子。
电子的波型一次穿过一个双间隙。 如果测量电子穿过的间隙，则会破坏量子干涉图。 请注意，要创建此类图片，需要多个电子。换句话说，通过确定粒子选择的路径的测量，可以更改此选择的结果！ 对于一个粒子，您只能确定穿过狭缝1，狭缝2或自身干扰的概率。 需要更多统计信息才能发现实验的真实状态。
半整数自旋粒子的Bell量子力学测试回到令人困惑的光子。 或一般而言，任何纠缠的粒子。 您创建两个纠缠的粒子，在其中您知道它们的属性的总量，但不知道它们每个的属性。 最简单的例子是自旋-对于两个光子，它将变成（+1和-1）或（-1和+1），对于两个电子-（+½和-½）或（-½和+½）-您在测量之前，您不知道哪个会旋转。 您可以将它们发送通过偏振器，而不是缝隙。 一旦测量了一个，就确定了另一个。 换句话说，您立即知道。
量子擦除实验，其中两个纠缠的粒子被分离并测量。 对目标上一个粒子的任何动作均不会影响另一个粒子。“令人恐惧”的事实是，在物理学中，没有其他事情立即发生。 任何信号的最高传输速度将等于s，即真空中的光速。 但是，这两个纠缠的粒子可以分为米，公里，天文单位或光年，测量其中一个会立即确定另一个的状态。 纠缠的粒子是否以光速移动，它们是否具有质量，它们具有多少能量以及是否将它们彼此隔离以使它们不会互相发送光子都无关紧要。 没有漏洞允许任何参考系统中的交互速度以某种方式对此进行补偿。 在1990年代后期，对这些粒子进行分离和同时测量的实验确定，如果在它们之间传输任何信息，则其移动速度将比光速快10,000倍。
量子隐形传态通常与光速传播相混淆。 实际上，信息的传输速度不比光速快。但这不可能！ 实际上，没有信息被传输。 不可能在一个地方测量粒子并将其传输到很远的粒子。 已经开发出许多构思巧妙的方案，以至于利用这种特性，信息的传输比光快，但是在1993年，他们证明了这种机制将不允许信息的传输。 有一个简单的解释：
•如果您测量“我拥有的粒子的状态是什么”，您将知道另一个粒子的状态，但是使用此信息无法完成任何操作，直到您到达另一个粒子或它到达我们为止，并且该信息必须传递以光速或更慢的速度。
•如果强制现有粒子采取某种状态，则不会改变缠结粒子的状态。 相反，它将破坏纠缠，使您不了解第二个粒子。
[
Ethan并未完全揭示问题的实质。 如果您想像戴着手套的类比，上述所有内容可能都不会让您感到惊讶。 有人送给您一副手套，而您的朋友又送了一副。 当您打开包装时，您不仅可以立即识别出收到的是左手还是右手手套，还可以识别出您的朋友收到了什么。 但是，在缠结颗粒的情况下，最初并未确定手套的状态。 而且，我们不仅不知道或不知道如何确定它-它实际上是随机确定的，并且恰恰是在测量其中一个“手套”时确定的。 然后另一个“手套”立即呈现相反的状态。 这就是爱因斯坦所说的“令人恐惧的远程动作”。 佩雷夫 ]
如果两个粒子纠缠在一起，则它们的波函数的性质会相互补充，并且其中一个的度量将确定另一个粒子的性质。 但是，波动函数是一个抽象的数学描述，还是它是宇宙更深层真相和确定性基本现实的基础，这是一个悬而未决的问题。对于现实主义者来说，这是一个哲学问题。 这意味着粒子的波函数（或几个粒子的纠缠波函数）是存在的真实物体，并且正在宇宙中发展，但这需要大量不舒服的假设。 必须假设存在无限可能的现实，尽管没有证据表明存在其他现实，但我们只生活在其中一个现实中。 如果您是一位乐器演奏家（作为作者；它更简单，更实用），那么您就不会遇到这个哲学问题。 您只需认为wave函数是一种计算工具即可。
爱因斯坦在量子力学方面是一个令人信服的现实主义者，他将这种偏见带到了坟墓。 尽管她仍然有很多拥护者，但没有证据支持他对量子力学的解释。诺贝尔奖获得者，标准模型的共同创始人，许多领域的天才理论物理学家史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）最近在《科学新闻》中谴责了工具主义方法，其描述如下：
很难想象我们对存在的一切一无所知-我们只能通过测量才能说出发生了什么。
但是，不管您的哲学上的逃避如何，量子力学都会起作用，而且缠结粒子的波动函数甚至可以消除在宇宙距离处的纠缠。 这是我们知道的宇宙中唯一的即时过程，因此它确实与众不同！
伊桑·西格尔 （ Ethan Siegel） -天体物理学家，科学普及者，《爆炸的开始》的作者！ 他写了《超越银河》（ Beyond the Galaxy ）和《追踪学：星际迷航的科学》（ Treknology ）一书。