量子糾纏的機制是什麼？

01-02

量子糾纏不是指兩個自旋相反的粒子，無論距離多遠，只要其中一個粒子發生了變化，另一個就會立馬產生變化嗎？那就是超光速了？或者是這種作出相應變化的機制跟力的超距作用一樣的嗎？超距作用也是超光速了？

先說結論，量子糾纏是時空拓撲性質的物理表現

通過將物理問題代數化，代數問題幾何化，在一些時候可以對物理問題進行深入討論。

不過，這是一個非常困難而深刻的問題，因為提及了「機制」，而不是簡單的「定義」。該問題遠超本人能力水平，故只做最基本的討論。關於糾纏機制，主要的idea基於一種Toy model，也就是 topological entanglement（拓撲糾纏），研究不同態之間的代數結構和演變規律。

正如GR的四維時空有對應的Riemann幾何，量子理論Hilbert空間也有相應的幾何。

一、定義（quantum entanglement）

首先對這裡的「量子糾纏」（quantum entanglement）做最基本的定義和限定。不可分離態，即糾纏態，是系統中不可寫成子系統態直積形式的純態。

用數學語言就是：子系統Hilbert空間 $H_{A}$ 、 $H_{B}$ 對應的複合系統Hilbert空間 $H_{AB}=H_{A}otimes H_{B}$

子系統量子態 $|psi _{A} angle$ 、 $|psi _{B} angle$ ，若複合系統量子態 $|psi _{AB} angle$ 不能寫成 $|psi _{A} angleotimes |psi _{B} angle$ 的形式，則稱這複合系統為子系統A、B的糾纏系統，兩個子系統A、B相互糾纏。

（其實絕大多數純態都是糾纏的，因為糾纏態在複合空間中是稠密的）

注意到雖然這個定義是平凡的，但是有一個常見的誤解就是混淆了「糾纏」和「關聯」。因為關聯不意味著糾纏，比如態

雖然表示自旋取向的關聯，但不是糾纏態，因為可以分解為直積態 $( |uparrow angle + |downarrow angle )otimes ( |uparrow angle + |downarrow angle )$

二、特徵（關聯坍塌）

2.1 關聯坍塌

糾纏態引起人們興趣的關鍵特徵在於「關聯坍塌」。比如一種Bell態

$|Psi ^{+} angle_{AB} = frac{1}{sqrt{2} } left{ |0 angle_{A} otimes |1 angle_{B} + |1 angle_{A} otimes |0 angle_{B} ight}$

A坍塌到0態，B同時確定的關聯坍塌到1態；A坍塌到1態，B也同時確定的關聯坍塌到0態。注意到這個過程是非定域的，同時的。因為B粒子狀態的坍塌是A+B系統測量坍塌不可分割的一部分。

（其實關於測量與坍塌目前有很多理論，按照主流的退相干理論，坍塌就是量子系統與環境發生的難以避免的量子糾纏，也就是退相干。退相干理論的好處在於保留了幺正演化的完備性）

2.2 非定域性現象

通過對Bell態的討論，我們知道，兩粒子各自的自旋取向均依賴於對方而處於一種不確定的狀態。這是一種不依賴與時空變數的關聯。這裡不存在什麼類似於「自旋態坍塌波」的「空間傳播」。這是一種瞬時的、非定域的、不可阻斷的、超時空的關聯坍塌。而理解和描述這種時空整體性質，自然需要引入新的數學工具和物理圖像。這是接下來需要詳細討論的。

三、量子糾纏的拓撲性質

3.1 拓撲性的引入

3.1.1 經典定域性描述

採用時空變數 $x=({f x },t)$ 描述的物理過程稱為定域描述。一個相互作用的物理過程，如果只和當地的時空變數（至多包含無限小鄰域，考慮到微分描述）有關，就稱為定域的物理過程。目前幾乎所有的物理理論都是定域描述，比如經典場論（場本身就是空間上的函數，比如某一空間點上的場量）等等。自然地，目前主流的量子理論，也是定域性描述。

3.1.2 非定域描述

一種平凡的非定域描述是彌散性的，本質上依然是基於時空變數的。指的是某處的物理過程依賴於另一處場量。這種描述隱含超距作用，即使忽略物理意義，也缺乏處理價值。下面主要考慮另一種非定域描述，即「拓撲性描述」。

3.2 拓撲性描述

拓撲性描述是一種不依賴於空間變數的秒數。也就是說，物理過程除了受勢場中改點領域微分量的局域作用（只涉及局域性質），還受到勢場非平庸整體性質的影響，而這是一種難以用定域方式表達的非局域性質，在數學上就是對應著某種拓撲性質。

先考慮一個有關非定域性著名的實例。這就是Aharonov-Bohm(AB)效應，也就是磁弦通入電流改變時干涉圖樣發生的平移現象。

由於電子雙縫實驗保證兩縫處電子波函數相干分解，所以兩縫處電子波函數的相位差固定，不妨假設固定的相位差為0，就簡化為下圖

由我們熟知的定態Schr?dinger方程，細螺線管通電前

$frac{{f p}^{2} }{2mu }varphi _{0}({f r}) = E varphi _{0}({f r})$

$varphi _{0}({f r},t)= varphi _{0}({f r}) e^{-iEt/hbar}$

c點的合振幅為

$f_{c}^{(0)}= f_{1}^{(0)}(c)+f_{2}^{(0)}(c)$

通電之後，方程中

${f p} ightarrow {f p}-frac{e}{c}{f A}$

解得

$varphi ({f r})=e^{frac{ie}{hbar c}int_{a}^{{f r}}{f A}({f r^{$

所以c點的和振幅為

$f_{c} =e^{frac{ie}{hbar c}int_{a,1}^{{c}}{f A}d{f l} }f_{1}^{(0)} +e^{frac{ie}{hbar c}int_{a,2}^{{c}}{f A}d{f l} }f_{2}^{(0)}$

$f_{c} =e^{frac{ie}{hbar c}int_{a,1}^{{c}}{f A}d{f l} }left{ f_{1}^{(0)}(c)+e^{frac{ie}{hbar c}oint_{}^{} {f A}d{f l} }f_{2}^{(0)}(c) ight}$

注意到大括弧外的相因子只是從路徑1積分得到的外部相因子，沒有可觀測的物理效應，可以略去。而大括弧內部的相是新增加的內部因子，改變了電子在c點的相位差，從而改變了雙縫干涉的極值位置。內部相因子

$expleft{ {frac{ie}{hbar c}oint_{}^{} {f A}cdot d{f l}} ight} =expleft{ {frac{ie}{hbar c}iint( abla imes {f A})cdot d{f S}} ight}=expleft{ frac{ie}{hbar c}phi ight}$

其中 $phi$ 是路徑1、2包圍的磁通。特別的，這個相因子的表達式不包含粒子的動力學參量，所以這個相因子和粒子的動力學狀態無關。經過簡單的驗算（就是替換為張量形式 $A_{mu }$ 、 $x_{mu }$ ）,這個相因子滿足規範不變性。

到此為止，事情已經有點頭緒了。滿足

1、Lorentz變換協變

2、規範不變

的物理量，不僅僅有場強張量

$F_{mu u }=partial _{mu }A_{ u}-partial _{ u }A_{mu}$ ，

還有相因子

$expleft{ {frac{ie}{hbar c}oint_{}^{} {f A}cdot d{f l}} ight}$

所以（事實上的確是這樣）該相因子可以作為物理量，表現出測量效應。

而且，場強張量等經典物理量只是關於勢場（在某點及其至多無窮小鄰域）的微分量，只表徵了勢場的局域性質。而該相因子，不是微分量而是積分量，所以可以體現勢場的整體性質。也就是說，AB效應本質上是電磁勢作為空間場的整體拓撲性質的物理體現（該矢勢場不是曲面單聯通區域，而是曲面多聯通區域），而經典（非量子）的電磁現象只是電磁勢場的局域性質的物理體現（無法體現勢場的非平庸拓撲性質）。

P.S.這個相因子是更一般的Berry相因子在最簡單的Abel規範場（電磁場）下的特例，體現了電磁勢場的拓撲性質。Berry phase的顯著特徵是其不可積性，實際上來自於系統Hamiltonian內含輔助空間的整體幾何性質。

Berry phase的一個幾何的類比是Hannay Angle，也就是數學中的Holonomy。這是一個非常有趣而深刻的問題，但不是這個問題需要討論的重點。有興趣的話可wiki一下。

現在對非定域性和拓撲性質都有了粗淺的了解，下面回到量子糾纏。

四，量子糾纏與拓撲糾纏

4.1 直觀例子

拓撲糾纏是拓撲系統非定域的整體性質，同樣量子糾纏是量子系統非定域的整體性質。首先我們考慮環繞數為1的情況，對應著最簡單的 Hopf 鏈環

這裡的的兩部分組成了一個 Hopf 鏈環，而和兩個不相交的部分具有不同的拓撲性質。

對應著量子力學裡最簡單的糾纏態，Bell態

$|Psi ^{+} angle_{AB} = frac{1}{sqrt{2} } left{ |0 angle_{A} otimes |1 angle_{B} + |1 angle_{A} otimes |0 angle_{B} ight}$

同樣的， Borromean rings

對應著GHZ態

$|psi angle=(|alpha _{1} angle|alpha _{2} angle|alpha _{3} angle-(|eta _{1} angle|eta _{2} angle|eta _{3} angle)/sqrt{2}$

破壞拓撲系統的部分的環繞，或者對糾纏子系統進行測量，都會造成整體拓撲性質改變或者量子態的關聯坍塌。這意味著拓撲與代數的結構與糾纏態可能存在某種需要討論的關係。

4.2 糾纏運算元（ Entanglement operators）

4.2.1 braid group

定義Artin braid group（辮群） $B_{n}$

$B_{n}=langle sigma_{1},...,sigma_{n-1}|sigma_{i}sigma_{i+1}sigma_{i}=sigma_{i+1}sigma_{i}sigma_{i+1},sigma_{i}sigma_{j}=sigma_{j}sigma_{i} angle$

$1leq ileq n-2,|i-j|geq 2$

這就構成了一個群，關於這個群有一個直觀的理解：辮理論（Braid）討論的是一系列相互糾纏的弦。辮子就是從一組點向另一組點延伸的弦的集合，對應的置換運算元就是辮子的糾纏（因此得名），就像這樣（ $B_{4}$ ）

辮子的正搭和反搭對應著變換和逆變換

braid group在楊振寧的Yang–Baxter equation中起著非常關鍵的作用，在後面會用到這方面的結論，有興趣的話看這個論文http://arxiv.org/abs/math-ph/0606053

本質上也可以看成是對空間（或者拓撲空間）的一個運算元。將一個拓撲範疇態射到另一個拓撲範疇。

下面繼續討論拓撲糾纏（Braid）和量子糾纏的關係。

4.2.2 Yang–Baxter equation

從辮群的角度來看，酉運算元（物理上習慣稱為「幺正算符」，幺正算符有著很好的性質，在幺正算符的作用下，物理規律保持不變）都對應著辮子相應的拓撲結構，數學上的抽象使我們有了探索運算元間糾纏特性的可能。考慮到酉運算元，為了討論拓撲糾纏和量子糾纏的深層聯繫，接下來自然要關注Artin辮群的酉表示。

對酉表示的詳細討論是極端複雜的，這裡只討論一種最簡單的情形。我們在這種情形下將發現拓撲與量子糾纏的本質聯繫。特別注意，這裡的每一個辮子代表了一種態射（廣義的映射），而不是一個態，下面的方框就是一個辮子，完成了一次態射

考慮最簡單的非平凡情況， $n=2$ 的時候兩條辮子對應了一個態射運算元 $R$

$R:Votimes V ightarrow Votimes V$

其中 $V$ 是一個完備向量空間（為了簡化問題，限定它是二維的）

下面這張圖直觀的表示了Yang–Baxter equation

這張圖的意思就是 $Votimes Votimes V$ 在該運算元組合作用下置換回自身，用常規的代數語言表示就是著名的Yang–Baxter equation（ $I$ 是單位運算元）

$(Rotimes I)(Iotimes R)(Rotimes I)=(Iotimes R)(Rotimes I)(Iotimes R)$

這個方程顯示了Artin辮群最重要的拓撲性質，這也是辮群可表示的主要條件。這樣可以定義一個Artin群表示 $au$

$au (sigma _{k})=Iotimes cdot cdot cdot otimes Iotimes Rotimes Icdot cdot cdot otimes I$

其中R在第k和k+1個張量積之間，且滿足Yang–Baxter equation並且存在逆元

既然這樣，接下來我們考察一種代表性的矩陣R。在量子力學中，R對應著某種量子邏輯門，量子邏輯門可以用多種物理系統來實現，比如核磁共振（NMR）、量子點、離子阱、半導體硅基、Josephson結等等。本質上量子邏輯門是量子態實際操控的數學抽象，而R本身是實現拓撲糾纏的態射運算元。接下來我們將證明，R對量子態的作用可以實現量子糾纏。

a,b,c,d是複平面單位圓環上的任意標量，R是酉矩陣

（更一般的，給出了滿足Yang–Baxter equation的R的解

$x_{kl}^{ij}=delta _{l}^{i}delta _{k}^{j}M_{ij}$

其中 $M_{n imes n}$ 為每一行在複平面的單位圓上的 $n$ 階方陣）

下面討論 $n=2$ 的情況

考慮量子態

$psi = |0 angle + |1 angle$ ，則

如果 $phi$ 可以寫成直積態（可分解態），則不是糾纏態。對應著

$ab=cd$ 的情況

所以，如果 $ab e cd$ ，則 $phi$ 是一糾纏態

4.2.3 R中的糾纏不變數

比較困難，相關更多細節和更專業的論述請參見引用。

References:

[1] Freedman M ,2001 ,A magnetic model with a possible Chern–Simons phase ,Preprint quant-ph/0110060

[2]Louis H Kauffman, Samuel J Lomonaco ,Quantum entanglement and topological entanglement ,New Journal of Physics

謝邀。

我可以告訴你量子糾纏是什麼，但我無法告訴你量子糾纏的機制是什麼。

順便說一下，量子糾纏的狀態突變確實是不需要時間的，可以理解為超光速，但它不傳遞信息。如果想用量子糾纏來傳遞信息，那就需要更多的一些操作，而那些操作不超光速，所以整體還是不超光速。總而言之，量子糾纏不違反相對論。相對論也不禁止某些東西超光速，例如相速度，只是禁止超光速傳遞信息。

對量子糾纏是什麼的描述，可以見我的文章從量子力學到量子衛星：如何在量子科學領域談笑風生|袁嵐峰 - 風雲之聲 - 知乎專欄。

第三大神秘：糾纏

前面說的都只是一個量子比特的體系，已經有這麼多不可思議之處。多個量子比特的體系，可想而知會更加奇怪。

在經典力學中，我們如何描述一個兩粒子體系的狀態？我們會說，粒子1處於某某狀態，粒子2處於某某狀態。在量子力學中，有些兩粒子體系的狀態也可以用這種方式來描述，例如常用狄拉克符號|00&>表示兩個粒子都處於自己的|0&>態，|01&>表示粒子1處於|0&>態，粒子2處於|1&>態，|11&>表示兩個粒子都處於自己的|1&>態。在數學上，把這樣的狀態稱為兩個單粒子狀態的「直積」，就是直接相乘的意思。我們還可以用直積來定義兩個粒子都處於自己的|+&> =(|0&> + |1&>)/√2態的狀態，即|++&> = [(|0&> +
|1&>)/√2] [(|0&> + |1&>)/√2] = (|00&> + |01&> +
|10&> + |11&>)/2。看起來，直積態已經能表示所有的多粒子態了，但是這不對，事實並非如此！

考慮這樣一個兩粒子狀態：(|00&> + |11&>)/√2。它是|00&>和|11&>的一個疊加態（是的，疊加原理對於多粒子體系也適用），我們把它記作|β00&>。這個態能不能寫成兩個單粒子態的直積呢？也就是說，(|00&> + |11&>)/√2能不能寫成(a|0&> + b|1&>)
(c|0&> + d|1&>)？回答是不能。因為這個狀態中不包含|01&>，也就是說ad = 0，但是a如果等於0，|00&>就不會出現，而d如果等於0，|11&>又不會出現。無論如何都矛盾，所以只能承認這個狀態不能分解成兩個單粒子態的直積。這就意味著，不能用「粒子1處於某某狀態，粒子2處於某某狀態」來描述|β00&>。

量子糾纏

關於量子糾纏的機製為什麼無法回答，參見我的文章《你見到的否定量子通信的說法，為什麼是錯的？》知乎專欄。

你也許會問：我為什麼要相信這些稀奇古怪的說法？回答是：因為有不計其數的實驗證明它們是正確的。

你也許還會問：如何解釋這些原理？回答是：目前還沒有公認的更深層的「解釋」。如果你的目的只是理解量子通信，那麼你只需要接受它們是事實就行了。科學的目的並不是提供解釋，而是提供跟實驗一致的數學描述。你覺得某些理論可以用來解釋某些現象，只是因為你從小就學習這些理論，習慣了而已。真要追問下去，這些理論仍然需要解釋，而解釋它們的理論又需要更深層的解釋，無窮無盡，而人力有時而窮，很快就會到達一些目前沒有更深層解釋、你只能接受的理論。

這個問題並不需要太過糾結。所謂機制不機制的，倒不如說你是否接受這個設定。

在量子力學以前人們一直認為，一個東西同一時間只能佔據一個地方；一個東西從一個地方到另外一個地方一次只能走一條路，等等；

後來有了量子力學，人們發現一個東西不但可以佔據一個地方，也能同時佔據好幾個不同的地方（坐標的疊加態）；一個東西不但可以從一個地方沿一條路跑到另一個地方，也可以同時從兩條路雙管齊下跑去那個地方（比如著名的雙縫干涉實驗）。這些結論在出來的時候，人們也是很驚異，覺得不可理喻。後來慢慢的，人們也就接受這個設定了。

事實上，從這個時候開始，你就應該已經接受「糾纏」這一設定了。比如，你已經接受了一個飯盒出現在了我的飯桌上就不會出現在你的飯桌上，出現在你的飯桌上就不會出現在我的飯桌上。雖然這只是個經典的互斥事件，但是在量子物理的世界裡，我們既然已經接受了位置的疊加態，那麼也應該欣然接受這兩個互斥事件的疊加態：a|飯盒在你桌上&>|飯盒不在我桌上&>＋b|飯盒在我桌上&>|飯盒不在你桌上&>（這等價於位置的疊加態）。你看，這個疊加態不正是一個糾纏態么？

看飯盒不爽的同學，請自行把「飯盒」換成微觀的玻色子費米子任意子孔子老子孫子兒子妹子。

數學上來說，我們已經接受了這個世界基本上是個希爾伯特空間，那麼描述這個世界的各種信息，自然都被編寫在了這個希爾伯特空間的內部。不管是糾纏還是不糾纏，也都不過是希爾伯特空間裡面的一個矢量罷了。你能接受(1,0,0,0)和(0,0,0,1)這兩個矢量的存在，也應該接受1/sqrt(2) (1,0,0,1)的存在吧。

可是如果你真的看這個不爽，你在希爾伯特空間裡面搞個旋轉，把(1,0,0,1)變成(1,0,0,0)不就好了。什麼？你說那樣的話(1,0,0,0)就變得奇怪了？可是，奇怪不奇怪不是你說了算的啊！我覺得從一開始，什麼東西都被糾纏在一起才是自然的，用「坐標」什麼的無聊概念把東西分開，多奇怪啊！

另外，這個問答下有人貼出了潘老師說的要是能知道為什麼有量子糾纏，他死都願意。我個人覺得，「為什麼有量子糾纏」和「為什麼量子物理裡面有疊加態」再到「為什麼量子物理是對的」屬於一個德行的，基本無解的，更像是哲學而不是物理的，問題。但是，如果能夠用量子糾纏研究出來一些量子引力和宇宙學的問題，說不定能夠讓我們確實對宇宙加深理解。這無疑是件非常令人興奮的事情。

最後說一下，目前量子糾纏和時空的拓撲結構什麼的這套理論，並不是什麼太主流的被承認的東西，高票的那位同學基本上只是很好的科普了量子的非局域性和一點辮子群的知識，但並沒有真正說明時空結構與量子糾纏的什麼關係。理解時空結構和量子糾纏的關係，我們還有很長的路要走，所以希望大家有選擇的接受這類信息。

有意，或是無意的，也許是無知的，有人喜歡把這個問題複雜化。少年啊，你還是圖樣圖森破。

量子的測量結果跟三個因素有關：

1、某個量子自身的狀態。它可能由N個參數決定。
2、我們要測量的物理量，如果它有3個分量（比如3維空間里的動量），那麼是3個參數。
3、測量時的方向，它是1個參數。

測量結果由N×1的列矢量在3維空間上的投影決定。

現在，我們每次發射一對相距很遠，但是因素1完全相同的糾纏粒子（以左邊的和右邊的來區分），然後我告訴你量子糾纏「神奇」在什麼地方

1、你只能從1個方向測量1個物理量，你得到一個結果，它可能包含3個分量的信息，也可能只有1~2個分量的信息，到底幾個你無法肯定。不過沒關係——相同的方向測量左邊的，每次都得到不同的結果（每次因素1都改變了），測量右邊的，也是一樣。

2、神奇的來了，你在相同的方向測量同一對糾纏粒子，總是得到相同的結果（廢話，因素1、2、3都一樣，肯定啊，那為什麼神奇呢？我也不知道這些人興奮什麼）

3、更神奇的來了，對於同一對糾纏粒子（因素1相同），你在水平方向測量左邊的，轉過90度在垂直方向測量右邊的，右邊的跟左邊的結果不相同（因素3不同了）。
4、幽靈來了，對於同一對糾纏粒子（因素1相同），在水平0度測量左邊的，轉過30度測量右邊的，沒測之前就能根據左邊的估計出右邊的大概有75%的概率跟左邊是相同的（因素3有 $frac{90-30}{90}=66.66\%$ 相似性）——厲害了， $75\%-66\%=9\%$ ，往小了說，我們有9%的概率未卜先知，往大了說，我們有75%的概率未卜先知，不吹牛的說，只要測量方向相同，100%的預測也不是事啊！不嚴謹的說，不管你距離多遠，我都能測量我這邊的粒子，立即影響銀河系你那邊的糾纏粒子，只要我發簡訊給你20萬年後你收到，按照我告訴你的方向去測量，你就知道了，跟我這邊測的一樣。早在20萬年前我測量的時候就影響你的粒子了。如果你已經20萬年前在別的方向測了，那就算了，當我沒說。
不過你還是要相信量子科學，跟牛頓混相差30度時你只有66.66%的可能猜對，可是量子力學有75%的概率可以猜對而且事實如此，神奇吧？神奇吧？神奇吧？？
=
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---------------你他媽逗我？？------------------
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- 事實的真相是，你測量其中一個，對另一個一點影響沒有，因素1沒有改變。只是測量結果不僅僅由粒子狀態決定的，還跟測量的方向和測量的方法（要測什麼物理量）有關。唯一令人困惑的是，因素1中的態你是測不出的。你不承認一開始因素1就是存在的，因此會認為測量其中一個之後另一個的因素1才被確定。因為你的理由可能是這樣的：如果因素1中的N個參數存在，它一定可以被測出——然而事實上是測不出的，測的是它的影子而已。
特別有病的一群人，他們認為測量左邊的，右邊的因素2、因素3都被確定了，這就如同我說「你已經死了，不信你從10樓跳下去，你的本徵態已經被糾纏宇宙的另一個你影響了，已經坍縮到10樓所屬的本徵態了。」然後你真的從10樓跳下去，果然死了，果然坍縮到「死」的本徵態。

當年波爾提出微觀粒子在不被觀測的情況下像一團彌散在空間中的物質波，一旦被研究者觀測，則在瞬間坍縮為一個確定的量子態。一般來說一個量子有多個量子態，具體坍縮為那種是完全隨機的。

愛因斯坦對這個解釋嗤之以鼻，認為「上帝不會擲骰子」。於是老愛絞盡腦汁想駁倒老波，終於有一天他提出了著名的愛因斯坦佯謬。假設在空間放個微小的光箱，在同一時間向相反方向發射兩個光子，由於光子都有自旋效應，考慮到角動量守恆，如果A光子左旋，則B光子必然右旋。老愛得意地對老波說，等這兩個光子各走上一年光景之後，請老波去觀測其中一個光子，假設為A光子吧。按照老波的理論，觀測之前兩個光子都是彌散在空間中的一團物質波，在老波觀測的一瞬間，A光子會坍縮為一個確定的自旋態，假設為左旋，此時根據角動量守恆法則（這個法則堅不可摧），B光子也必須瞬間坍縮為右旋。那麼問題來了，遠在2光年之外的B光子，怎麼可能馬上知道A坍縮為左旋還是右旋，如果B有辦法知道，那豈不是表明有超光速的信息傳遞。但光速不可超越，這個法則也是老愛老波以及整個物理學界普遍認同的。

幾十年後，一系列物理學實驗證明，愛因斯坦錯了。他所提出的兩個光子，的確是一個坍縮時，另一個也瞬間坍縮為對應的另一個量子態。物理學上把這個現象稱為量子糾纏，這兩個光子就是處於糾纏態的兩個光子。

那麼這是否違反光速不可超越法則呢？物理學家是這麼說的，B光子不需要從遙遠的A光子處了解信息，只是A一旦坍縮，B也就自動坍縮了。這個過程中並未發生信息傳遞，所以光速還是老大。

走開！都走開！打比方什麼的最適合我這個蛇精病了！( ????? )

先舉一個比較相似的例子。

那就是瘟都死XP的宇宙級遊戲掃雷！！！

為何是XP的掃雷呢？

因為XP的掃雷有一個非常Exciting的特點:

你第一下永遠不會點到雷！

這是因為棋盤是在你第一次點擊小方塊後，實時運算出來的。

那為何一定是XP呢？

因為答主用Win7時被第一下炸過一臉！小小心靈被震驚了好嗎！

咳咳，開始。

好的，那麼我們來假設，這裡有一個標準的初級掃雷棋盤。

像這樣。

這是一個9X9，共81，外加那個微笑一共八十二個鍵的局。

好，現在我們來加點條件。

假設程序員是個蛇精病，這個棋盤上有80顆雷！

看來似乎非常容易輸對么？

但事實正好相反，你會在點下任何一個雷區後獲得勝利。

此時，噹噹噹噹！就形成了一種量子糾纏態！

額？(ノへ￣、)啥？

咳，解釋一下。

現在，一局80顆雷的蛇精病局開始了。

此時你不知道雷區內任何一顆雷的位置，即使共有80顆之多。

然後，你點選了任意一個按鈕……你得知了那個格子沒有雷……

哐！

所有的雷的位置忽然全部標明，遊戲結束。

(好無趣的遊戲)

重點來了:一開始你什麼都不知道，後來你進行了「觀察」，得知了某個格子下沒有雷……

可你同時也知道了其他的格子下全都有雷！儘管與之沒有任何接觸……

＠(￣-￣)＠聽起來很廢話對么？

但是！

因為你無論點哪一個格子，都會是沒有雷的，而雷則都在其他位置。也就是你點下某個格子的那個瞬間，就影響了雷的排布！

換言之，由於你「觀察」的方式和對象的不同……

「得知了不同的確定信息」

好了，回到量子糾纏態的問題。

簡而言之，這些雷的排布一共有81種排布方法，而你的「觀察」則使其坍縮到只剩下1種！並且讓你得知了其他格子狀態的必然信息而無需碰它們一下。

這就是量子糾纏:你知道對甲乙一A一B，但是乙是A還是B卻會因為你怎麼看甲而改變╭(°A°`)╮

這個扯淡的現實，背後有一個如同掃雷程序的機制，讓你得知某個事實的一瞬間而改換了「本應一直存在的現實」。

量子力學就這麼坑爹啊！(ノへ￣、)愛因斯坦由於沒有看到證據死都不信……

＠(￣-￣)＠等下，你不是說有八十二個鍵么？

好，繼續。

某天玩家很無聊，第一下點了笑臉……棋盤刷新了一下……

他本來不知道雷如何排布，點了一下，還是不知道雷如何排布……

這種從「不知道」到「不知道」，沒有得到任何信息丫？沒什麼用……

等下，他不是刷新棋盤了么？

可雷區究竟是如何分布，是在你「觀察」

時才真正確定的，你刷新棋盤，就是把雷在一團概率中挪到另一團概率中，沒什麼區別……

你需要點擊「雷區」，才會有信息，才會有確定的事實。

這就是疊加態，在你對其進行有效的「觀察」以前，所以可能都是存在的，即使你怎麼瞎搞都存在＠(￣-￣)＠

這世界特么坑爹啊！"(oДo*)

什麼？這例子不夠生動？，好吧，換一個就好→_→LOL~

現在是焰浪之潮版本！船長和這倆基佬有血海深仇~

對方普朗克(夠量子吧？)在上路默默打錢

片

而我方崔斯特與格雷福斯因為被追殺迫不得已組隊，崔斯特在中路默默打錢，格雷福斯卻在下路和對面AD乾的挺High(ノへ￣、)

某一時刻卡牌滿藍到6，這一般意味著十秒後對方船長也會到6。

男槍與輔助則只有4……

此時卡牌能左右整個局面。

卡牌開大，得知了所有人的位置。我們假設打野都是三狼霸主從不gank以簡化問題＠(￣-￣)＠

此時，飛哪兒？

視角換到船長。

船長看到頭上有個眼睛，必然是後退，下路肯定也會後退。

船長此時不知道卡牌會去哪，在他眼中這是一種「疊加態」。

明明卡牌還沒有飛，但大家都後退了。

換言之，卡牌就成了「既在上路，又在下路」的狀況下。

而我們知道卡牌其實只能飛一邊，而他飛哪一邊則要看局勢。

當卡牌飛了以後，就確定了「卡牌在上路」或「卡牌在下路」的事實，沒有卡牌的路上後退的一方就會重新前進打錢。

可是，無論卡牌飛哪裡，普朗克必然會在幾秒後開大支援那裡，除非他上去一張黃牌敲那個船長頭上，讓他吃不到經驗到6。但因為橘子船長十之八九死不了。

若船長不往前吃經驗呢？則卡牌飛下，但這樣船長肯定往前走，吃經驗到6往下路一個大，鹿死誰手未可知（′Д`）所以到底怎麼辦要看AD具體情況了……

好，視角換到格雷福斯！這個粗魯的傢伙從不看小地圖！

那麼他能看到什麼？

要麼他激進開干，那卡牌來了！帶來了連天的炮火！坑爹啊！

要麼他後退打錢，卡牌飛上！「卡牌你這逼果然廢物！」

所以在他眼裡，卡牌的黃牌與船長的炮彈就是「量子糾纏態」！

若看到黃牌，則立刻知道會有炮彈下來。

若看到對方艾迪西重新上來補兵，則立刻明白黃牌砸船長臉上了，不會有炮彈！

而這，取決於他打算去哪裡觀察~

他覺得卡牌來了往前走，卡牌就會下來干，看到黃牌得知有炮彈。他後退一點覺得卡牌不來，那卡牌就真的不來了看不見黃牌也沒有炮彈。

即，男槍看到a或c，得知a則立刻得知b，得知c則立刻得知d，他卻會因為自己的行動改變看到a還是c！儘管他完全不曉得上中到底在想什麼~

量子糾纏態亦是如此啊！天曉得背後的原理是什麼鬼？

這個例子不太準確，不過比較有趣~

→_→哦呵呵，蛇精病的腦洞完成，求協助修改~

量子通訊和相對論不衝突。

量子糾纏態通訊最奇妙的是，你可以簡單地想像成：兩個無窮遠處於糾纏態的量子給出完全相同的隨機數，所以密碼是可以超光速傳遞且完全無法截取的，但是需要傳輸的加密信息最快還是只能光速傳遞。就目前人類研究，尚未發現該量子態可以操控，所以密碼上無法調製信息。因此信息傳播還是不會出光椎，和相對論不衝突。《三體》里的智子超光速通訊就是連量子態都能調製信息了，這個目前還屬於科幻，而不是科學。

假如你在半人馬座a星的地球遠征三體艦隊，和地球總部進行量子加密通訊，你可以通過測量旗艦上出發前就準備好的已經處於糾纏態的光子，立即得到和另一個留在地球總部處於糾纏態的光子完全相同的量子態作為密碼。這部分不經過任何電波傳遞，無法截取，絕對安全。甚至於這個量子被其他人先測過了你都能知道。然並卵，單有密碼不是信息。地球發出的實際加密報文還是需要等到4.3年之後才能穿過漫漫宇宙空間收到。於是，還是要拖到2020年，你才能知道中國股市熔斷了兩次。

一個身處於像一張紙一樣的二維空間中的科學家，他發現了2個相互糾纏的粒子。

經過實驗，他發現無論把這兩粒子分隔多遠，只要其中一個粒子左旋，另一個必定馬上右旋，於是他得出了量子糾纏效應是超光速作用的結論，可讓他百思不得解的是，要是能控制粒子的運動，這TM不是能超光速傳遞信息了嗎？說好的相對論呢？(#?Д?)

於是他開始編造各種解釋…什麼粒子運動是隨機的啦，無法控制的啦，相互之間並不能傳遞信息啦…

就在他滿足於他終於有了一個合理的自我安慰的時候，他突然掉進了這個二維空間上附著的一個三維空間氣泡中，於是他終於可以從更高的維度上觀測自己所處的空間了。

這一看他傻了眼，他發現自己所處的這塊紙片樣的二維空間，其實是對摺的?( ó?ò)，那兩個相互糾纏的粒子，其實在第三個維度上只相差2個微米。

什麼鬼超距作用 ( ?Д?)ノ，這兩個粒子只是在第三個維度上短距離相互作用罷了，你妹的超光速！你妹的不能傳遞信息！

一口氣血上涌，科學家，卒…

當然不能確定是超光速，因為現有的理論根本不能證明兩個糾纏的粒子今後的狀態到底是糾纏那一刻就決定好的，還是真正存在一種超光速的作用使兩粒子狀態相反：

打個比方，在一地同時按下兩個秒錶，假設兩個秒錶都不存在誤差，那麼隔多遠我都會通過一個秒錶的時間知道另一個秒錶現在也是這個時間，但是如果主動暫停一個秒錶，另一個卻不會暫停。

量子糾纏也類似，我們只能觀測一個量子的狀態而知道另一個的狀態，但是我們卻不能操控它們，因為這樣糾纏態就會消失，我們很清楚秒錶的工作原理，所以可以肯定秒錶不存在超光速作用，量子糾纏還是個謎，所以根本不能證明這這是不是超光速。

由於量子的狀態不好預測，所以這個這個特性可以用到通信的加密上，發送方觀察一個量子的狀態用作密鑰加密一段信息，接收方通過糾纏量子的狀態知道密鑰來解密，所以這樣的通信方式幾乎是完全安全的。

其實量子糾纏是真的很好理解，一個簡單的比方就說清楚了：

你是一個小鎮的警察，有一天突然在路邊聽到一聲大喊「搶錢包啦~！」。一瞬間你的腦海里閃過很多念頭，你很有職業素養地沖向現場，但是劫匪已逃離，貴婦人癱坐在地上。很遺憾作案已經結束了。你走向貴婦人，為了搜集信息，你問她「你的錢包被搶走了嗎？」。

Oh，NO！！！你知道你的行為意味著什麼嗎？！！！

這一句話很嚴重，嚴格地說，你正在破！壞！量！子！糾！纏！！！

還不理解？讓咱們從理解薛定諤的貓說起吧~

在量子力學中，我們知道物質有不同的態。比如 $uparrow$ 表示「活著」， $downarrow$ 表示「死了」。薛定諤的貓說的是真實的物理狀態可以是不同態的疊加。比如一頭薛定諤的貓可以是既是死的又是活的，粗略寫成： $uparrow +downarrow$ ，當然，這樣的態表示50%和50%的概率分布。

由於貓的死活是鮮明的，所以這兩個態互相沒有投影，類似於向量的垂直。而且我們需要歸一化，以保證死的概率+活的概率=1，所以嚴格寫半死不活的貓應該這樣寫： $frac{1}{sqrt{2} }uparrow + frac{1}{sqrt{2} }downarrow$ 表示50%活+50%死的狀態。

如果你要問我活著的概率大一點的貓怎麼表示？只要修改狀態前面的係數即可。比如 $frac{1}{sqrt{3} } uparrow +frac{sqrt{2} }{sqrt{3} } downarrow$ 表示 $frac{1}{3}$ 概率活+ $frac{2}{3}$ 概率死的貓。當然你其實已經看出來了，想要知道概率的值，只要把各自狀態的係數平方就可以了。而且其實狀態前的係數可以是複數，概率就是複數的模的平方。

一旦你理解了薛定諤的貓，那你就能很快理解「薛定諤的贊」了。它表示一種極為複雜的愛恨情仇：

開個玩笑。。。不過你把剛才所有談到的「貓」換成「電子」，把「活著」和「死了」分別換成「自旋向上」和「自旋向下」，那麼其實就是主流量子力學的話題了：電子可以自旋向上，也可以自旋向下，或者是二者的一種概率混合，就是這麼簡單。

好，繼續解釋量子糾纏吧，回到咱們一開始說到的警察例子。為什麼你一句話就破壞了量子糾纏呢？首先你研究是貴婦人和劫匪，不知道錢包有沒有被劫匪搶走。所以你知道其實一共只有兩種可能：

「錢包在貴婦人身上，劫匪沒有錢包」

或者

「錢包在劫匪身上，貴婦人沒有錢包」

讓我們用量子力學的語言描述一下情況。不妨用 $uparrow$ 表示有錢包， $downarrow$ 表示沒有錢包。a表示貴婦人，b表示劫匪。你知道只有兩種可能 $uparrow _{a} downarrow _{b}$ 或者 $downarrow _{a} uparrow _{b}$ 。並且永遠不可能是 $uparrow _{a} uparrow _{b}$ ，因為這表示兩個人身上都有錢包，怎麼可能？通貨膨脹那叫。

並且你知道可能兩種結局的概率各有一半，所以在你提出問題「你的錢包被搶走了嗎？」之前，你是不知道具體情況的，這個時候是一種量子態中： $frac{1}{sqrt{2} } uparrow _{a} downarrow _{b} +frac{1}{sqrt{2} }downarrow _{a} uparrow _{b}$

不要笑！就是這樣的！！！

這種態的有趣程度和薛定諤的貓是一樣一樣的。

那麼究竟什麼是量子糾纏呢？阿哲告訴你， $frac{1}{sqrt{2} } uparrow _{a} downarrow _{b} +frac{1}{sqrt{2} }downarrow _{a} uparrow _{b}$ 就是量子糾纏態。

所謂量子糾纏，就是兩個物理客體，分別和對方有聯繫，並且這樣的聯繫並不能通過分別描述兩個物體來體現。一旦你知道貴婦人身上有錢包，你就自動知道了劫匪沒有錢包。反之亦然，一旦你知道劫匪的狀態，你也就知道了貴婦人的狀態。

而你提出問題「你的錢包被搶走了嗎？」之後，悲劇了！貴婦人告訴你她有沒有錢包，同時你也知道了劫匪有沒有錢包，二者就「解糾纏」了。所以一開始說，你的這一句話很要命，是在「破壞量子糾纏態」。因為問完之後就就知道具體是 $uparrow _{a} downarrow _{b}$ 還是 $downarrow _{a} uparrow _{b}$ 了，就不態是糾纏態了。

當然你可能會認為阿哲校長在胡鄒，怎麼可能用這種宏觀物體來理解量子力學？

其實還真的可以，只要你把上文中的「貴婦人」和「劫匪」分別替換成「電子」和「正電子」，把「有錢包」和「沒有錢包」分別替換成「自旋向上」和「自旋向下」，那麼妥妥的就變成了這個著名的 $pi ^{0}$ 介子衰變過程：

也就是 $pi ^{0}$ 介子衰變成一對自旋相反的正負電子對。而由於 $pi ^{0}$ 介子自旋為零，所以正負電子分別具有向上和向下的自旋。而他們的狀態也是剛好完全相反，必須一個向上同時另一個向下。

而一開始 $pi ^{0}$ 介子一分裂，誰也不知道具體是什麼情況，正負電子對處於糾纏態之中，比如 $frac{1}{sqrt{2} } uparrow _{e^{+} } downarrow _{e^{-} +} frac{1}{sqrt{2} } uparrow _{e^{-} } downarrow _{e^{+} }$

你看，這不是和劫匪搶錢包的糾纏態 $frac{1}{sqrt{2} } uparrow _{a} downarrow _{b} +frac{1}{sqrt{2} }downarrow _{a} uparrow _{b}$ 一模一樣嗎？我知道，你是真的喜歡上了量子糾纏。如果有更多多興趣，請開始看萬門大學推薦的物理教材吧。

所以說其實理解量子糾纏是容易的，關鍵的是不要去輕易破壞量子糾纏。例如不要輕易表白，不要輕易請辭，不要輕易說出一些同時改變雙方狀態的話。上一句話真的是在胡鄒。

（是嗎？）

知識創造樂趣，你是你的大學 www.wanmen.org

我是文科生，我的理解可能是這樣的：這就好像這裡有一個二維的世界（例如一張白紙），在這個二維世界之上，還有一個三維的世界（一個已經被手握住，中心固定的圓規），處於二維白紙世界的「人」，當他們試圖改變一個圓規筆尖位置的時候（筆尖在二維世界看來就是個點），必然導致另外一個筆尖也隨之改變，但因為他們身處白紙世界中，無法發現白紙外面的圓規整體，因此難以理解這一現象。

或許我們難以認知量子糾纏的本質，就是因為這種本質高出我們的維度。

當然，我只是文科生，天馬行空的想像不要當真！

我來答個，量子糾纏就有點像一個籠子里關了一隻花貓，但是籠子只有兩個空隙可以看到花貓身上的斑點。你用手戳其中一個斑點貓就會動，然後另一個斑點就會變。斑點的變化規律是已經印在貓身上的。

題外話，雖然量子糾纏是超光速的但是卻不能用來超光速通信，目前不行。舉個例子，假如你有兩枚硬幣，你往天上扔其中一枚，另一枚的花色就會和這枚一致，你往地上扔，另一枚花色就會和這枚相反。把兩枚硬幣分在兩個人手上，扔硬幣的人知道硬幣的正反和硬幣扔的方向，另一個人只知道正反，所以還需要扔硬幣的人告訴他扔硬幣的方向。這種告訴是通過經典信號傳播的不會超光速，所以信息也不會超光速。除非進入到粒子內部控制粒子。

首先表拍磚，個人淺見

我理解的量子糾纏是

把一副手套放兩個密碼箱，密碼箱一個地球一個月球，打開月球密碼箱就會在一瞬間知道地球密碼箱里的手套是左手還是右手。這個根本不是量子糾纏。因為在你觀察之前狀態已經確定你不知道罷了。

量子糾纏應該是採用A還有B兩種測量手段會導致不同的結果，那麼相應的糾纏態也會有不同的結果。這裡面要考慮測量行為本身會導致糾纏態觀察結果的變化。

如果以襪子為例，比如我們拿一雙襪子。一隻在月球一隻在地球；地球上的人在穿襪子一瞬間會影響月球人穿襪子行為。兩地的人同時穿襪子，當地球上的人把襪子穿上左腳（相當於測量行為），那麼月球上的人在這一瞬間穿上了右腳。

注意，在我們穿襪子之前，這隻襪子是處於左腳和右腳的疊加態的。我們穿襪子的行為（相當於測量）讓波函數塌縮成右腳，從而改變月球人必須也只能穿上左腳。反之亦然。

如果要問為什麼會產生這樣的機制，我也不知道，只能給自己一個觀點就是：這個世界本來就是這樣。

個人淺見

看了大家的答案

可以粗略地理解為

你和你的曖昧對象就是處於量子糾纏態嗎？

當你問出，你喜歡我嗎？那刻起

對方的回復就把這個世界分成了兩個版本

首先，要承認量子力學的本質：微觀粒子在被觀察前真的同時處在各種可能的狀態。一旦「觀察」它（別的系統影響到了他），他就會瞬間概率性的坍塌到一個其中一個確定的量子態。注意，這個過程是瞬間進行的。

於是，量子糾纏也只是「瞬間坍塌」的一種表現而已。被特別重視是因為與經典物理的局域性不符。

至於本質？我覺得一定存在更高維度的時空，我的一種猜想是，存在另一個時間維度，基本粒子在這個維度中經歷的整個變化周期在我們的時間維度中表現為一瞬間，那麼結果就是，如果這個粒子想被我們觀測到，它的所有狀態必須是周期性循環的，它在另一個時間裡一次又一次的演化，無限循環，在我們的時間裡就表現為同時處在它所有的狀態。一次觀察影響了他，他就會進入新的循環形式。

這個問題下侃侃而談的答主們都很溜

相比之下，這個人簡直弱爆了:

「如果能弄明白為什麼會有量子糾纏，我立即死了都願意。「 —— 潘建偉

如果要真正理解量子糾纏，就不要只局限於這種最簡化的光子兩個自旋狀態的例子。這種例子是最簡化的例子，只是為了向普通大眾解釋。但其實這種例子，已經體現不出真正的量子糾纏，到底特殊在什麼地方。要去了解具有幾率干涉的複雜量子體系，體會幾率干涉帶來的奇妙結果，才能真正理解量子糾纏，為什麼這麼玄妙。

如果像某位答主那樣用鞋來打比方，我覺得應該這樣描述

鞋有紅綠，鞋墊有黑白

你在伸手不見五指的屋子裡，扯出兩隻鞋，各放進一隻鞋墊，並讓這兩隻帶鞋墊的鞋"處於糾纏態"

然後你隨便拿起一隻鞋穿上，閉眼睛去公司

之後就有分支了

分支1，你睜開眼睛看到鞋子是紅的，然後脫下來看到鞋墊是白的，那麼家裡那隻鞋一定是綠的，但是鞋墊是什麼顏色不一定

分支2，你閉著眼睛把鞋脫下來，把鞋墊拿下來放在桌上，再摸索著把鞋從窗口扔出去，然後摸索著坐回到你的工位上，睜眼看到鞋墊是白的，然後走到窗口，看到你扔到樓下的鞋打中了廣場舞大媽(大誤) 是紅的

那麼你家裡的鞋是什麼顏色的不一定，但是鞋墊肯定是黑的

你可能會覺得太扯了這他媽怎麼可能？

然而我已經用儘可能貼近生活的例子舉例了…

還有，腳再臭也不會讓鞋墊變色，這不是腦筋急轉彎

量子糾纏是量子系統非定域的整體性質。拓撲性描述是一種不依賴於空間變數的秒數。經典（非量子）的電磁現象只是電磁勢場的局域性質的物理體現。 Hopf 鏈環霍普夫鏈環，Borromean rings 博羅米恩環，就是量子糾纏的簡單表達。量子糾纏是非定域的，是不依賴時間與空間變數的，也就是說，量子態不含空間時間。在現在的時間空間的宏觀中，談論量子糾纏就是胡扯。

破壞拓撲系統的部分的環繞，或者對糾纏子系統進行測量，都會造成整體拓撲性質改變或者量子態的關聯坍塌。這意味著拓撲與代數的結構與糾纏態可能存在某種需要討論的關係。 破壞與測量量子糾纏，就要有裝置與人的參與，就對量子糾纏引入了宏觀因素，量子狀態就不存在了。

量子力學的開創者之一，埃爾文·薛定諤在1952年曾經說：「我們從來不用單個的電子、原子或是分子做實驗，我們只在思維實驗中這樣做，這總是會導致荒謬的結果。」這種結果，就是物理學家們至今也無法理解的微觀量子現象，比如量子「疊加態」，一個微觀粒子可以同時處於兩種狀態，而當它被「觀測」，或者與周圍的環境發生接觸時，疊加態則會消失，而變成某種單一的經典狀態。觀察到一個微觀粒子在未被打擾的情況下同時具有兩種狀態，或是同時出現在兩個地方，這正是薛定諤說的「荒謬」的結果。

2012年10月9日，來自法蘭西學院的法國科學家賽爾日·阿羅什（Serge Haroche）和來自美國國家標準與技術研究所與科羅拉多大學的美國科學家大衛·維因蘭德將分享2012年的諾貝爾物理學獎獎金。2012年的諾貝爾物理學獎最終落在了量子光學領域。兩位實驗物理學家——阿羅什與維因蘭德通過「開創性的實驗方法使得測量與操縱單一的量子系統成為可能」，因而贏得諾貝爾物理學獎。這兩位科學家以兩種相對應的方式，通過實驗研究光與物質相互作用的量子過程，體現了人類在微觀領域操控能力的最高水平，同時，這些技術潛在的應用前景也為人類社會的未來開創了各種可能。

維因蘭德領導的研究小組第一個通過實驗實現了利用兩個量子比特進行計算，為了實現這兩點，在極低的溫度下，維因蘭德通過激光脈衝作用於被周圍電磁場困住的處於疊加態的粒子來讀取它的狀態，同時又可以不破壞這種疊加態。這種實驗即使在十幾年前也會被認為是只有在科幻小說中才能實現，現在則成為現實。這不僅是維因蘭德研究組高超實驗手段的體現，同時也依賴近年來通過電磁場捕獲粒子技術、激光冷卻原子技術和光學相干理論研究的進步。

阿羅什構建了一個光學腔來限制單個光子的活動，在接近絕對零度的溫度下，阿羅什布置了兩個距離只有幾厘米的閃亮的超導體鏡子，單個的光子在進入這個光學腔之後，將會被限制在這個光學腔中長達0.1秒，之後才會逃離或是被吸收。

為了研究光子的量子態，阿羅什利用一種叫作里德伯原子的特殊原子進行探測。麵包圈形狀的里德伯原子體積比一般原子大上千倍，它對於電磁場的變化又極其敏感。在光子逃離光學腔或是被吸收之前，里德伯原子以一個特定的速度一個接一個地進入這個光學腔，與光子發生相互作用，形成一種糾纏態。因此，當這些原子離開光學腔時，它們的量子態發生了改變，因此，通過測量這些原子狀態的變化，人們就可以了解光學腔內光子的狀態，計算其中光子的數目，並且了解它從量子態到經典狀態的轉變過程。

爵士貓回復自由之城剛剛

你的問題也是我在不成熟時期的疑問。輪迴，是說人的靈魂或業力或阿賴耶識的輪迴，現在物理對於人的意識的研究是核心問題之一。彭羅斯著名的《皇帝新腦》（Emperor"s New Mind)一書，他給意識假定了一個機制叫協同客觀崩現（Orchestrated Objective Reduction，簡稱Orch-OR）。直接說結論，輪迴是在說人的意識問題，人的意識是沒有時間空的概念，也就不必擔心輪迴會讓人類越來越多 ?

我個人也相信量子和意識的確有關係。但是我的這個「信仰」不是科學判斷。如果有人問我為什麼，我會回答說不知道，我只是相信，我沒有理由。

什麼才是真實？ ——世界著名物理學家論辯量子意識

2010年，美國科學家設計出一種肉眼可見的量子機械，讓一個極小的半導體「量子鼓」同時處在振動和不振動的疊加態，進一步縮小了量子力學和我們現實感之間的距離。該研究成果獲評《科學》雜誌2010年十大科學突破之首。

根據量子力學基本方程，像電子這樣的微觀粒子不會同時具有精確的動量和精確的位置，這一不確定性原理限制了人們對微觀事物認識的極限，因為存在觀測者對觀測目標的擾動，主體和客體世界必須被看成是一個不可分割的整體。沒有一個獨立存在於客觀世界的事物，任何事物都只有結合特定的觀測手段，才談得上具體意義。

是否存在獨立於觀察者的真實事物？

喬普拉：您認為是否存在獨立於觀察者的真實事物？

奧爾福德：是的。那種執著地認為桌子上的水壺依賴於你或我的觀察的觀點，我並不認可。

喬普拉：我認為水壺的形狀、顏色、質感依賴於神經系統，不同的神經系統對這些信息的感知會完全不同。蜜蜂不會體驗到（同樣的）水壺，蝙蝠會體驗到超聲波的回聲，而蜥蜴的眼球能以兩個不同的軸轉動，我很難想像對一隻蜥蜴來說，水壺看起來是什麼樣子。所以，水壺本身就是作為水壺而存在嗎？

奧爾福德：是的。

喬普拉：物質是假象，唯有意識是真實。

這是今年1月29日在曼哈頓菲羅克忒忒斯多學科研究中心舉行的一場題為「真實的性質」辯論會的一個片段。彭羅斯的質疑給這場論辯提供了主題——物理學和數學能完整描述真實嗎？科學家、藝術家和學者們坐在一起探討主觀感知的世界，旨在為科學和人文兩個截然不同的世界架起溝通的橋樑。

意識如何產生？

哈梅羅夫支持的觀點是，知覺和意識產生於大腦中量子糾纏電子的玻色—愛因斯坦凝聚波函數的坍塌。比如這種坍塌每秒鐘40次，而有些受過特殊訓練的人達到了每秒80次，感知的速度更快，所感知的世界就會慢下來。

奧爾福德2006年發表於《物理學基礎》上的一篇論文中稱，物理學「只是覆蓋了我們經驗世界的有限方面」。但他質疑「量子意識」的觀點，認為量子糾纏「通常非常脆弱」並且「難以組織」。物理學家認為，即使是對於少量粒子在任意長久期間的糾纏，這也是不大可能的，他說，對於量子微妙性而言，「這些非常脆弱的過程是人類大腦功能的關鍵特徵」，但這「不適用於環境」。他支持對物理學與形而上學之間的聯繫給予嚴格的限制。他說：「意識更可能從其他地方升起，按照更傳統的科學說法，你不需要到達這裡；而按最奇怪、最詭異的現代物理的說法，你不需要到達任何地方。」

而喬普拉作為神秘主義者的一方，表示希望「熟悉科學的限制」。正是奧爾福德強調了那些限制。喬普拉想把奧爾福德的實用主義界限推得更遠。他認為科學以謙虛的方式才能被理解，卻未必是打開「終極真實」之門的鑰匙。

奧爾福德指出，量子力學早正在20世紀就產生了，也可能有一天被丟掉，正像19世紀末提出的以太概念那樣。「如果你太過於依賴當前的科學範式，再過100年，它可能被替代了。你可以用『量子力學』來啟發思路，可以在多個途徑使用它。但我不認為你真的想把它當做基礎性的根本原理。

真實是什麼？在數學框架中，真實可能永遠得不到一個完整的最終描述，科學探索者正如受了傷的菲羅克忒忒斯。自然世界中，不依賴於主觀觀測的客觀真實是否存在？在當前的物理學和數學範式中探索心理過程與意識，能否完整地詮釋真實？迄今尚未發現的未來的物理或數學是否有這個能力？

當人們把目光轉向認知的主體時，卻發現量子力學這一解釋客觀世界的理論與主觀意識運行如此貼近。量子意識理論認為，經典力學無法完整解釋意識，意識是一種量子力學現象，如量子糾纏和疊加作用。大腦中存在海量的處於量子糾纏態的電子，意識正是從這些電子的波函數的周期性坍塌中產生。這一假說在解釋大腦功能方面佔有重要地位，形成了解釋意識現象的基礎。

目前有幾種不同的量子意識理論。代表人物有大衛·玻姆、古斯塔夫·波洛伊德、大衛·查爾默斯、羅傑·彭羅斯與斯圖亞特·哈梅羅夫等人。

什麼是糾纏態，@童哲已經解釋的很清楚了，下面我稍微補充一下說為什麼不能通過糾纏傳遞信息。

你和你遠距離的小夥伴都在同一慣性系中靜止，相隔比如兩光秒，你在12:00:00問失竊者錢包有沒有丟，你的夥伴在12:00:01已捉住小偷並檢查錢包在不在他身上。

下面看看這個過程能不能傳遞信息。答案是不能。因為你不能硬是將錢包被偷了這個信息傳給夥伴。現實是，由於處在最大混合態（1/2，1/2概率），你的同伴有很大的錯碼率。用資訊理論的說法，此時信息熵最大，為log(2)。錯碼率等價於你和同伴用qq聊天，屏幕上顯示的漢字有1-（1/2）^16=0.999984的比例是錯的（漢字是16比特），這還能不能愉快的聊天啦。