為什麼環球科學將「量子力學的超距作用首次得到嚴格檢驗」評為 2015 十大科學新聞之一？

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2015年《環球科學》十大科學新聞出爐
2015年8月24日，荷蘭代爾夫特理工大學的團隊宣布，他們設計並進行了迄今為止最嚴格的實驗，證明了量子力學的「超距作用」是真實的，對愛因斯坦的隱變數理論宣布了死刑。這一新發現亦可促進量子加密技術的研究。

作為一個只學到大學物理程度的人，想知道這項成果對於量子力學的理論根基來說意味著什麼？這個「嚴格檢驗」意味著將來很難再被推翻嗎？

謝邀，不做物理好多年，不過有幾個同學在量子信息這塊的第一線，曾找他們探討過有些粗淺的了解，在此拋磚引玉。

如果學過量子力學的同學，大抵會對測量導致的波函數坍縮過程印象深刻。每次測量並讀取結果，波函數即受到嚴重干擾，且總是向這次測量所得的本徵值的本徵態上坍縮過去，然後被測的物理量的結果才被確定下來。

比如說電子的自旋有↑和↓兩種狀態，這兩種自旋態可以處於任意的疊加態。比如有兩個電子，它們的自旋態有四種可能：↑↑，↓↓，↑↓和↓↑。如果把它們製備到相互糾纏的總自旋為0的糾纏態（↑↓和↓↑），那麼當我們某時刻測量出一個電子的自旋是↑的，那麼另外一個電子的自旋態就立即塌縮到↓的狀態，不論電子之間的距離到底有多遠。這種坍縮總是隨機，瞬時，非局域，且斬斷相干性的，傳遞速度遠超光速。JW Pan等人的實驗表明，這種超距作用傳遞速度至少是光速的一萬倍（Reference: J. Yin, et al., Phys. Rev. Letts., 110， 260407, 2013)。

這就像是物理世界裡卻存在了非物理的超距作用，看起來非常的難受。愛因斯坦堅決反對這就是量子力學的本質，他認為現有的量子力學體系是不完備的，據此與波爾等有多年的爭論。

1935年，愛因斯坦、波多斯基和羅森三人提出了EPR佯謬，主張局域因果性和物理實在要素的觀點，指出要麼量子理論是不完備的，存在額外的隱變數，要麼量子力學將導致超光速的作用，與局域性相違背，試圖把量子力學變成局域物理實在決定的理論。（Reference: A. Einstein, et al., Phys. Rev., 47, 777, 1935)

後來，玻姆在標準量子理論中加入了局域的隱變數，提出了更容易實現的波姆方案。接著，貝爾從局域實在論和存在隱變數兩點出發，提出了著名的貝爾不等式以驗證隱變數理論，貝爾不等式指出，基於隱變數和局域實在論的任何理論都將使不等式成立，而量子力學預言則會破壞這個不等式（Reference: J.S. Bell, Physics, 1, 195, 1964)。

貝爾不等式一提出，相當於關於量子力學本質和完備性的問題從哲學上的思辨變成了可以實驗證偽的問題。 1970年代後，大量關於驗證非局域性的實驗開始出現，所有的實驗結果都支持量子力學，不支持局域物理實在論。但這些實驗中都存在漏洞，因此不能直接否定隱變數的存在。

實驗漏洞主要是局域性漏洞：兩個糾纏的光子距離太近，對貝爾不等式的違背有可能是源於某個不大於光速的通訊通道來實現的，而非源自量子理論非局域性；要關閉局域漏洞，測量必須距離足夠遠，遠到完成測量的時間短於光子通過光速產生局域關聯得時間。

其次是測量漏洞：實驗是用光子做的，若光子探測器效率不夠高，無法排除測量漏洞。到荷蘭這個組的工作之前，還沒有一個實驗能同時排除局域性漏洞和測量漏洞。

荷蘭這個組的工作，在金剛石色心系統中完成了無漏洞驗證貝爾不等式的驗證。在他們的實驗中，兩個產生光子的金剛石色心分別放置在相距1.3公里的兩個實驗室。利用糾纏光子對和糾纏交換技術，他們實現了金剛石色心電子之間的糾纏。兩個色心完成一次實驗的時間比直接用光通訊所需時間還短90 ns，因此解決了局域性漏洞問題。而色心的測量效率高達96%，測量漏洞也被解決了。因此首次在無漏洞下驗證了貝爾不等式被破壞。

這個結果，對量子力學非局域性本質和是否完備問題上給出了實驗驗證上可以說是蓋棺定論的答案：宣告局域隱變數理論錯誤，量子的非局域相互作用是真實存在的。

這裡我不想討論太多關於local hidden variable和Bell Inequality相關的東西。這個工作真正重要的一點在於「沒有漏洞」。關於Bell Inequality的相關實驗從70年代就開始做，82年的Aspect實驗被廣泛認為是這個領域中最重要的工作。但是這一系列實驗都存在著「漏洞」（注意不是錯誤），以至於總有人認為這些實驗還不足以反對local hidden variable theory。那麼問題在於哪裡呢？

關於Bell Inequality驗證的實驗對象往往是光子的糾纏，實驗家希望通過對光子自旋的分析來看結果。但是這樣一來就會有一下兩個「吹毛求疵」的問題：

定域性漏洞。所謂實施Einstein定域性條件指的是，「它要求兩個粒子的關聯測量的選擇在每個分析器上都是完全獨立的。尤其是，當一個測量進行之時，人們必須保證在兩個分析器之間沒有通信。這指的是，兩個檢測事件所要求的時間必須短於光錐信號從一個分析器／檢測器傳播到另一個的時間。」換句話說，探測器之間必須完全相互獨立，任何聯繫都不行。無論是時間空間上的，還是電路細節上的，都不行！
效率漏洞。關於光子的實驗，由於探測手段的限制，光子的探測效率總不會太高，大概就是10%的樣子。這樣一來就可以挑刺了：說不定剩下的光子會產生什麼奇奇怪怪得現象呢？這個實驗會不會就是你探測到了某些特殊的光子呢？

大家可以體會到這些問題的坑爹之處了吧。今年荷蘭的實驗的厲害之處就是很好的解決了這兩個問題，說明這個實驗從大方向的設計，到具體的電路分析和探測器設計都十分精妙。至於Bell Inequality本身，學界倒是沒什麼轟動，因為大家對結果本身早已沒有什麼爭論，只是說想把這個實驗做得更好一些而已。學界對這幾個吹毛求疵的「漏洞」多多少少有點無語。

正因為如此，「沒有漏洞的檢測」才會顯得如此黑色幽默。

這涉及到對世界的基本了解：作為了解世界的理論之一的量子力學是否是完備的？當年愛因斯坦以量子力學中的糾纏態可導致超光速違背相對論為由質疑其不完備性，也就是說量子力學在微觀層面的描述只是個差不多的理論，還有些信息我們利用量子力學是得不到的，所以才會產生悖論。

80年代的貝兒等式違背實驗表明量子力學是對的，但實驗還不嚴謹，這次算是終審了。

權當拋磚引玉

謝謝題主垂青邀請。

先粗答，完了看點贊數，過100我就詳答

雖然我做量子、量子場論也有些日子了，但是我仍然一有機會在恰到好處的時候會向討論的對象拋出這個問題：超距糾纏的物理機制是什麼？為什麼以及什麼樣的我們不知到物理導致一個顯然違背相對論意圖的物理事實赫然存在，而且這個傢伙還把Einstein再次拉下神壇。我所在的單位很多group就是以entanglement（主要是光子為載體）作為信息傳遞、密鑰分發的核心一遍遍的發布成(Guan)果(Shui)，其中也經常不乏PRL 或者NC這樣的level。但是沒人敢觸碰我那個問題，甚至看都不敢看一眼。人們對這個問題就根本沒頭序（除了並沒有被公認的string、Quantum Griva以及GUT的某些版本外加某些非主流的觀點）。

按照解決問題的前提是先精準的定位問題這個簡單的方法論來看，這個突破難道不重要嗎？不知的被稱之為「十大新聞」？

謝邀。（嗯，第一次在知乎被人邀請……）

實驗設計本身很值得一贊。

不過，它的結論（局域性隱變數理論無法完全重現量子力學的實驗預言）是已經被其他實驗檢驗過多次，基本被大家接受的。正如前面答主所說，其意義恐怕只在於補漏洞而已。

而Bell不等式檢驗實驗的所謂漏洞幾乎總是可以找到的，如果足夠吹毛求疵。

例如Gerald t"Hooft肯定還是會提議大家考慮超決定論（Superdeterminism）的思想，認為量子力學背後還是有一個確定性的局域隱變數理論（見Loopholes in Bell test experiments）。對此，包括荷蘭代爾夫特理工大學的這個「迄今為止最嚴格的實驗」都毫無辦法。關於自由設置探測器的漏洞難以填補這點，John Bell本人早已經意識到了。

There is a way to escape the inference of superluminal speeds and spooky action at a distance. But it involves absolute determinism in the universe, the complete absence of free will. （有一種辦法可以排除掉超距作用的存在，但是需要完全剝奪自由意志。）
Suppose the world is super-deterministic, with not just inanimate nature running on behind-the-scenes clockwork, but with our behavior, including our belief that we are free to choose to do one experiment rather than another, absolutely predetermined, including the "decision" by the experimenter to carry out one set of measurements rather than another, the difficulty disappears. （假如宇宙是超決定論的，連實驗者本身選擇測量什麼都是預定調和的話，困難就不攻自破了。）
There is no need for a faster than light signal to tell particle A what measurement has been carried out on particle B, because the universe, including particle A, already "knows" what that measurement, and its outcome, will be.（於是就不再需要超光速信號去向A粒子傳達B粒子被如何測量，因為包含A粒子在內的宇宙本身已經事先「知道」會測量什麼，其會得到的結果也是預定的。）

其實這個就是EPR悖論或EPR佯謬的意義。這個實驗最終證明愛因斯坦是錯的，這不僅意味著量子力學的正確性，更意味著近代物理或者說量子力學之前的物理的兩個基礎假設的錯誤。這兩個基礎假設就是局域論和實在論。以局域論為基礎的典型代表就是狹義相對論，所以愛因斯坦一直不信，而實在論是物理學的所有追求所在，畢竟如果說所以的結果都是未知的，無法預測的，那麼研究物理幹什麼呢，所以當初量子力學剛出來時這麼多人不接受。所以糾纏的證明對於物理基礎時一次顛覆，其重要性就在於此。

謝邀哈～大神都是物理專業的，都是UCB的，說的很好啦，我只是做過單光子的小磚工…補充一點～

我老闆告訴我滴～波姆的理論有問題，但也不能說愛因斯坦錯了。超距作用還有另外一種解釋：多維時空理論，在那裡作用不超距的。物理學家很多人都在做調和工作滴，只是多維時空目前還是假說。

比如一個小蟲子爬在圓環上，它的世界是二維的（環周長方向算一維，時間另一維）。它只能理解光沿圓周傳播，但不理解光穿過圓環直徑。在它看來：光子真TM牛逼，一點出現一下就消失了，然後以pai/2～1.5倍光速在另一點出現了～還尼瑪承載著信息和能量！超距啊～

其實生活在平面內的小蟲很好理解，世界是三維的，光在平面上傳播穿過圓環直徑嘛～沒啥稀奇的。

你想想，如果這環是zigzag的，跟向日葵周邊似的，然後一個核子衰變啦，發射出兩個糾纏態的核子，在平面內傳播…呆在zigzag環上的你我認為世界是二維的，然後不就看到超距作用了嘛，還超出好幾倍光速不止1.5倍～Feynman講義第三卷有這個例子，很精彩的。

不對之處求別打臉～附首建議詩：

我浙水平low又挫，

眾人職高除曾博；

博博理學萬人膜，

題主何不邀曾博？

貝爾不等式的實驗證明結果學界早就沒什麼疑義，這次的結果更有說服力了，然而貝尓不等式被現實世界否決不代表愛因斯坦隱變數理論就是錯的！愛因斯坦與玻恩的隱變數理論可做出如下改進仍可解釋實驗結果：

1、承認非定域性，也就是說隱變數內部有複雜精細的關聯，這種關聯是超出經典時空的，造成宏觀世界超光速的假象，本質上宇宙仍是經典的，非概率性的。

或者

2、放棄世界的客觀實在性觀點，即對宇宙的解釋與觀察並不唯一而確定，宇宙也沒有確定性的狀態、形狀與過去未來，用隱變數來標記這些不同的宇宙，觀察本身是選取了一個宇宙的切面，必然是局限的，故而造成如上的實驗結果。

謝邀。現代科學界炒冷飯，避重就輕，糊弄大眾，讓我感到很失望，很失望，很失望！

首先，必須糾正絕大多數人對此的錯誤理解。量子糾纏只是測量結果的相關性是瞬時的，但是信息的傳播速度仍然不能超過光速。量子力學和相對論現在還並不矛盾。

信息的傳播速度仍然不能超過光速！

物質（除光以外）的傳播速度就別說超光速了，連光速都達不到。

假如A,B兩個粒子處於量子糾纏態，不管兩者相距多遠，測量出A的狀態，那麼B的狀態就立即確定了。但是，並不能人為控制A處於什麼狀態，所測出的結果完全是隨機的。因此量子糾纏只是測量結果的相關性超出光速，並不能傳遞信息。

我認為這個實驗沒什麼了不起的，沒有貢獻任何新的物理思想，只不過是在炒冷飯，把以前早就有的實驗做的更精細一點。可以說他們更加嚴謹，但是也可以說他們不過是在鑽牛角尖罷了。

量子計算，量子加密，這些看起來很美好的前景，但是離實際還有千萬里的差距。別提什麼谷歌、Facebook投資的商業化的量子計算機，那玩意根本跟量子計算沒半毛錢關係，只是一個退火優化演算法而已。

這裡面有很多更重要的問題急待解決，但是因為太困難了，短期恐怕很難取得突破，所以很少有人去搞。大家都只會去做一些現在很快能做出來的，把以前做的東西小修小改一下炒冷飯，這讓我感到很失望，很失望！

超距作用背後的意義可大了去了，它很可能反映深層次的時空本源，讓我們對於時空結構、引力、蟲洞、平行宇宙的認知有重大更新，這種級別的成果簡直顛覆三觀，如果不上十大新聞我還真就不高興了。

看看愛因斯坦不會高興的：量子糾纏不但真的存在，還可能是時空的本源這篇文章，夠不夠驚世駭俗？

A2A。表面上看，這鞏固了量子力學的根基，這個世界是非定域性的，幽靈般的超距關聯是存在的。愛因斯坦質疑量子力學的完備性，是愛因斯坦錯了。

但是，你有沒有發現，愛因斯坦所懷疑的東西，一百年來，都沒有被完全的驗證。這本身已經很說明問題了，量子力學想證明自己很難。

在我看來，這沒有什麼用，非定域性依然未被證明，愛因斯坦的疑問仍然沒有得到解決。

量子糾纏只是一種幻覺，是皇帝的新裝，科學家遲早會發現他們在這個問題上犯了嚴重的錯誤。

謝邀

這個實驗比較厲害，厲害之處很多答主都提到了，有人表示說這樣的東西是炒冷飯，我覺得這樣的工作還是很有必要的，況且是一個直擊量子力學核心問題的實驗，馬虎不得。

為了達到同樣的目的幾乎在同時有三個組都在做這樣的工作，最近這三個工作相繼被發表出來，可見物理學界還是很重視這樣的基礎問題的。

往大了說就是量子信息為什麼有價值，以前我們沒有這樣的手段去做量子力學的基本問題，現在有了這樣的技術，可以揭示一些以前只能想想的問題了。

西方科學錯了東方哲學似乎早就看穿一切了

我想起了《量子物理史話》中對這種實驗結論的一句旁白——愛因斯坦的上帝死了。當時看得我涕泗橫流，那是一種信仰的崩塌。

我對這個問題理解也不透徹，但是我想舉個我理解的例子。在一個盒子A里，有一個黑色的球和白色的球，我閉著眼睛拿出其中一個球放進另外一個盒子B里。把這個盒子B送到火星去。這時，這兩個盒子里的球都可能是黑色，也都可能是白色，然後我在地球上打開盒子A發現是白色球，那麼我現在就知道在火星上的盒子里的球必然是黑色的。所謂的不可測量就是說測量A後，就會破壞B中的中間態而變成確定的一種狀態。。我這個理解不知道對不對。。。如果是我說的這種模式，就不可能用他來進行超光速通信。因為驗證過程無法超光速。

做技術研究的科學家說他們推翻了光速不可超越，你們不信倒也罷了（其實我也不信）。

做基礎研究的科學家，本身就是為了推翻這些理論（或者說「更進一步」），這時候你們還抱著陳腐的教條來對抗最新的科研成果，不是太可笑了嗎？

超距傳送未來有可能實現

真尼瑪嚇死寶寶了(⊙o⊙)！

量子的超距效應是人類一廂情願的臆想而已。跟能量守恆定律發現之前無數人狂熱的研究永動機如出一轍。

宇宙中沒有免費的午餐，即便如蘊藏巨大能量的核聚變也是要付出代價的：質量減少。

對這個實驗，如果本著不斷提高精度來驗證物理規律這個客觀目的來說是無可厚非的，但一群門外漢以此道聽途說，一葉障目就只能是嘩眾取寵了

不說太多理論，我盡量簡短回答。

超距作用相信都聽說過，但是像這些量子力學上的理論是很難被直接觀測到的，有些是因為理論本身涉及觀測者的觀測行為，還有些就像超距作用理論一樣很難用具體的實驗證明.....

理論科學本身就決定了它沒有太多的實驗數據甚至是實驗的可能性

所以第一次總是讓人激動的，就這樣。

以上為個人觀點，歡迎吐槽。