《量子力学与哲学》参考资料————量子纠缠初探.ppt

1、，南开大学物理学院量子纠缠的初步研究，主讲人：萧玉0410374余音0410361陈晖0410365 07/05/27，量子纠缠的历史回顾，量子纠缠的含义，常见纠缠态及其制备，量子隐形传态的基础，总结深化与思考，一，二，三，四，量子纠缠是多子系统量子系统中的一个奇妙现象，即一个子系统的测量结果不能独立于其他子系统的测量参数。1935年的生产者延伸责任悖论。目的是在承认局部性和现实性的前提下，量子力学的概率论是不完整的。回顾量子纠缠的历史，爱因斯坦认为QT只能对单个测量结果进行统计预测，这类似于人们投掷硬币时只能对单词(花)的结果进行统计予言，这表明人们对量子测量过程的理解和描述是不完整的。20

2、世纪50年代，隐藏变量理论。其目的是将量子力学中某些观测结果无法准确预测的事实归因于无法准确知道的隐藏变量。1964年贝尔不等式。局部隐变量理论的结果满足贝尔不等式，量子力学的预测将超过贝尔不等式的极限。违反贝尔不等式的量是量子的，服从是经典的。纠缠与不服从贝尔不等式有关。回顾量子纠缠的历史，1969年的CHSH型贝尔不等式更容易被1982年的实验所验证。Aspect等人证实贝尔不等式被违反，从而推翻了局部隐变量的确定性理论。到目前为止，十多个实验已经证明，贝尔不等式是可以被破坏的。也就是说，他们都反对局域现实主义，这表明EPR佯谬是不正确的，量子力学概率论的描述符合实验测量结果，并明确支持量

3、子力学理论所显示的空间非局域性。量子纠缠的历史回顾。1999年，Aspect全面回顾了近十年来的实验进展。奥地利泽林格集团的潘建伟等将量子纠缠应用于量子隐形传态。量子纠缠的作用不仅仅是检验基础理论的完备性。随着量子信息科学的发展，量子纠缠态被应用于量子密钥分配、量子隐形传态、量子计算等领域。1.纠缠态的定义纯态：在集成量子系统中，描述了一个物理量描述具有本征态和本征态叠加的两体系统或多量子系统中的纠缠态的问题。对于由N个子系统组成的复合系统，如果系统的密度矩阵不能写成每个子系统的密度矩阵的直积的线性和，则复合系统是纠缠的。3.BELL态、GHZ态、W态和Werner态等几种常见的纠缠态：(1)

4、两个量子比特系统的纠缠态中存在Bell态，即四个Bell基-最大纠缠态，几种常见的纠缠态，(2)三个量子比特系统中存在GHZ态和W态，而GHZ(Greeberger-Horner-Zeingler)态测量的是一个粒子处于/1 W态，几种常见的纠缠态，(3)混合纠缠态中存在Werner态，当形式系数为F(01/3)时，WERNER态存在纠缠态。目前，制备纠缠态的主要方法如下：1 .自发参量下转换产生的光子纠缠2。腔量子电动力学(QED) 3。离子阱法，制备纠缠态1。自发参量下转换产生的光子纠缠具有相同的偏振方向，并且垂直于泵浦光的偏振方向。产生了时间、空间和频率纠缠的双光子态。纠缠态产生的双光子

5、对的偏振方向相互垂直。此时，产生偏振纠缠双光子对。量子隐形传态的基础了解量子纠缠最直接的方法是了解量子隐形传态。量子隐形传态充分反映了量子物体如何通过纠缠传递量子信息。，量子隐形传态基础，1。量子位经典位0 1，量子位经典基本态00 01 10 11，量子位基本态贝尔基，量子隐形传态基，2。量子比特门：量子Z门，操作量子比特量子非门，量子隐形传态基础，霍达马德门，量子隐形传态基础，受控非门(CNOT)作用/A是控制比特/B是目标比特，量子隐形传态基础，量子不可克隆定律：没有物理过程可以精确复制未知量子态。量子通信绝对保密的本质是测不准原理！不可能测量任何量子态的所有状态，测量也意味着这个量子态

6、的毁灭。如果一个量子态可以被克隆，它可以通过大量的拷贝被精确测量，这与测不准原理相矛盾。量子隐形传态的基础，BELL态或EPR对的准备，量子隐形传态，BobAlice通信，量子隐形传态示意图，任务：Alice需要将未知的量子态转移给Bob，但物理载体粒子不是。满足以下条件：1)。爱丽丝拥有一个电子顺磁共振对的纠缠粒子，爱丽丝拥有一个粒子，鲍勃拥有一个粒子，粒子的纠缠态如下：2)。BobAlice有一个经典的交换测量信息的通道电话，量子隐形传态，任务开始：1)三个粒子构成复合系统的量子态；2)用四个贝尔基来表示复合系统的量子态和量子隐形传态。从上面的公式可以看出，每次爱丽丝进行测量，结果是粒子的

7、联合态在四个贝尔基之一，概率等于1/4，而鲍勃在测量粒子时会得到关联的量子态，这是分别描述的四个态之一。3)爱丽丝通过经典通信告诉鲍勃她的测量结果，鲍勃可以通过适当的操作(通过某种门)恢复未知粒子的状态。转移完成！注：1 .在量子态传输的过程中，粒子的原始态被破坏了(因为它与量子态纠缠在一起)，粒子不是量子不可克隆定理的复制品。2.在量子隐形传态过程中，不难发现只有粒子的概率振幅A和B被发送。a和b代表投射在测量仪器基本矢量上的分量。基本矢量由测量仪器的性质决定。如果测量仪器相同，则其基向量也相同。量子隐形传送，量子隐形传送3。虽然经典仪器用于测量，但测量的本质是量子的。当测量时，仪器和物体之

8、间的量子关联(有时称为量子纠缠)将不可避免地破坏原本存在于物体中的量子关联状态(或量子相干)。量子纠缠最重要的特征是子系统A和子系统B的状态都是相互依赖的，并且都处于不确定状态。量子纠缠的纠缠是一个客观和完整的性质。2.纠缠态关联是一种纯量子非局域关联，是一种超空间关联。无论两个粒子相距多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的状态。也就是说，不管两个粒子相距多远，它们从根本上是相互关联的。衡量一个必然会导致另一个的崩溃。实验证明，量子信息的传输是非局域和超光速的。量子隐形传态不会带来超光速通信，因为测量结果必须通过经典通道传输才能完成隐形传态。没有经典的通道，传送根本不会传送任何信息。经典信息

9、传输的最大速度不超过光速。4.量子纠缠的存在是否意味着存在一种新的相互作用形式？在物质世界中，有四种相互作用，它们是通过媒介传递的。经典信息的传输速度不会超过光速，而量子信息的传输速度比光速还快！总结深化和思考，总结深化和思考，构成量子纠缠的两个物体之间的相互作用仍然是物理的，但不同于局域物理。如果相互作用在没有媒介的情况下发生，但是通过空间的某个属性，那么相互作用的传递可能是非局部的和超时空的，这是一个独立于空间变量的属性。那么这种空间属性的物理机制是什么呢？现有理论能解释它吗？时空是物质的延伸(广义相对论)。这个动作是否有一定的规律(类似于物质的能量和动量守恒)，守恒来自对称性，那么是否某

10、种对称性导致了纠缠！备注，1。爱因斯坦局部实在论“物理实在的量子机制描述可以被认为是完整的吗？”物理第47卷，第777页(1935年).一个完整的物理理论应该满足以下两个条件：第一，物理现实的每一个元素都应该在这个理论中有它的对应物；其次，如果我们可以预测一个物理量的值，而不以任何方式干扰系统，这意味着有一个真实的元素对应于这个物理量。这种经常提到的“局部实在论”包括两个要素：“物理实在论”和“相对局部因果关系”。具体来说，它是一个)本地化的因果关系观点。类空间事件不会相互干扰。b)无干扰的可观察物理量的客观确定性。注意，最根本的区别来自爱因斯坦未能理解：1 .自旋态的结构、坍缩和相关的坍缩。

11、QT都不在本地。这种非局部性将两个子系统联系成一个相互依赖的统一系统。每个人客观上都处于不确定状态。2.对同一状态的不同测量会导致不同的崩溃，这将给人们不同的图像。注：爱因斯坦局部现实主义有三个错误：1 .物理量的客观实在被简单地理解为物理量的客观单值确定性。因此，要求微观粒子在任何状态下的可观测性必须客观地确定为局部单一值。量子纠缠引起的客观不确定性和相干叠加引起的测量崩溃不确定性未被认识。2.不承认量子态固有的空间非局域性，坚持测量坍塌的局域化概念，否认量子测量坍塌相关坍塌中纠缠的空间非局域性。3.不要理解当受到不同种类的测量时，相同的量子态会有不同的分解和坍缩，并显示不同的测量结果。到目

12、前为止，实验已经证实了1)Qt态叠加原理的预测是正确的：量子纠缠可以导致客观上不确定的可观测性(即使没有干涉)。2)迄今为止，实验未能证实或否认隐藏变量的存在。也就是说，仍然不确定QT描述是否完整。也就是说，不清楚叠加纠缠中包含的、用单次测量坍缩表示的概率的性质。也就是说，到目前为止，还不确定上帝是玩还是不玩骰子。自旋态的构造和自旋态的崩溃不是局部的。在态叠加、量子纠缠和量子测量中，当坍缩和相关坍缩时，实验已经反复和明确地支持了整个量子阱的空间非局域性。考虑到隐藏变量的存在尚未确定，EPR悖论中唯一的问题是在相对论局部因果关系的掩盖下的局部实在论。或者，更谨慎地说，实验迄今为止否认了本地化形式的真实性。考察这种非局域性的根源，它来自微观粒子的内在性质波粒二象性；在实验测量中，它显示了坍缩和相关坍缩之间奇妙的超空间关联。注意，注意，1。空间非局部性