量子纠缠意味着什么

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量子纠缠是一种量子力学现象,它描述了两个或多个粒子之间的相互作用,导致它们在某些重要方面处于一种紧密联系和相互依赖的状态。

如果两个粒子发生纠缠,它们就无法被单独描述,而必须以系统方式考虑。这是一种非常奇特的情况,纠缠包含了一些令人意想不到的属性,如“量子超越性”和“非局域性”。在此介绍量子纠缠的意义、原因以及它对量子计算和通信的影响等方面的知识。

一、量子纠缠的意义

量子纠缠是一种量子态之间的相互关联,如果两个粒子发生纠缠,那么这两个粒子组成一个整体,其存在状态是全局性地相关的。

一个量子态可以表示为粒子上所有可实现观察的状态概率分布的线性组合,其中每个态都自带一个复数振幅相位,称为量子态叠加。

然而,当两个或更多粒子发生纠缠时,它们的量子态将不再是各自独立的,而是形成一种新的状态,其中每个粒子的波函数依赖于系统中其他粒子的状态。

这里的重点是,对其中的任何一个粒子进行测量,都会直接影响其他粒子的测量结果。这种关联意味着,两个粒子可能在同一物理属性上产生协定的值,而彼此之间没有任何显著的联系。

二、量子纠缠的原因

量子纠缠起源于量子力学的基本原理,具有物理上不可分割性和非局域性。在量子力学中,纠缠仅发生在最小粒子层面,即由量子位组成的系统。

也就是说,量子纠缠是由量子力学中粒子在相干叠加态下的相互作用所导致的。当交互作用被打破时(例如当粒子之间存在空气等介质时),它们将重新展示它们独特的行为。在这种情况下,它们仍然保持量子性,但仅与周围环境相互作用,并且预期的量子纠缠将不再存在。

三、量子纠缠对量子计算的影响

量子计算依赖于量子处理器中大量的配置量子纠缠,产生“量子超越性”的效应,与传统计算机所用算法不同。量子状态的叠加和纠缠为这类计算带来了基础物理门限,这些门限已被证明将引发改变计算机科学和互联网的商业和政治影响。

与纠缠中的非局域性相关的概念——密集编码——成为了现代密码学的一个早期决策解决方案之一,并已经在量子通信中有所实现。另一方面,激光测量,利用量子纠缠高效地拓展光学测量功能,提高了多种仪器灵敏度,例如低噪声激光亚毫秒制造。

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