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量子纠缠的世界是无法认知的 精选

已有 2624 次阅读 2020-2-28 21:55 |个人分类:量子力学|系统分类:科研笔记| 量子纠缠, 认识论

一般量子信息讨论的量子纠缠,是非局域的,超距的,两个量子无论相隔多远,都可以“瞬时”相互影响。但是不能传递信息,以不违背爱因斯坦的因果律。对此,还专门有一个定理,就叫量子纠缠不能通讯定理(No-communication theorem)。

量子纠缠并不限于两个量子之间,多个量子之间也可以纠缠。量子纠缠也不限于同种量子之间,不同的量子之间也可以纠缠。量子只是一个通称,原则上所有的物质,包括光子,都是量子。因此所有的物质,或者说,物理实在之间,都可以纠缠。

怎么才能知道两个客体之间有没有纠缠?原则上需要针对可能纠缠的性质做很多次统计测量,看看是否存在相关。如果只有一个样本呢?或者测量一次,状态就变了呢?那么,无法知道两者之间是不是存在纠缠。

任意两个或者多个客体之间有没有纠缠的影响很大,但是却没法知道,是否存在纠缠?存在什么纠缠?因为事件只发生一次。

那么,这样的世界如何认知?我观察到了一个事件,不知道这个事件是不是是别的事件引起的?多少事件引起的?也不知道是不是影响了别的事件?影响了多少事件?注意,这种影响是“瞬时”发生的,不需要时间。也就是,无法确定因果。

实际上,如果要以量子力学的薛定谔方程为依据的话,全宇宙所有量子都是全部关联,全部纠缠的。任何一个量子发生变化,全宇宙马上就能感受到这一变化,并相应调整整个宇宙的波函数。这是非相对论量子力学的基本世界观。“瞬时”来自于其非相对论属性。

整个宇宙的全纠缠,让我们无法分析和认知单一或者部分组分,比如单一的量子。以前我们分析的基本方法,还原法,也就是把需要研究的系统孤立起来,做不到。因为我们不知道,我们认为已经孤立的客体,是否还和别的客体有纠缠。量子纠缠无法隔断,也不衰减。

所以,一个非局域量子纠缠的世界是无法认知的。至少无法以还原的方式认知,因为还原后的体系无法排除未知的影响。那么我们可以完整认识整个宇宙吗?恐怕也不行,因为宇宙在不断发生变化。非相对论量子力学认为每次变化都会影响全宇宙。因此,我们既无法认识局部,也无法认识整体。

那么又如何产生纠缠?或者说,如何让两个量子纠缠起来?

很多年前,一位学生,在一次学术报告中,问演讲人,也就是现在的一位量子信息大拿,这个问题。该大拿的答案是,“我们做一个幺正变换”。我在场,当时忍不住笑出声来。

我知道学生想问什么,也知道大拿回答的是什么意思,也知道学生一头雾水。

幺正变换是什么意思?幺正变换是一种基本的线性变换,用听得懂的话来说,就是从不同的角度看同一个问题(线性代数的语言,是选择另一组基)。也就是,任何两个量子,我们从某个角度去看,它们就纠缠上了。难道这不是什么也不用做吗?换个角度看这个问题就行了。本来,在原教旨非相对论量子力学看来,只存在一个全纠缠宇宙,你可以选择一个小的态空间,不包括你不关心的纠缠就行了。但是,选择性地无视,就没有了吗?这是一个问题。

因此,要么世界无法认知,要么非局域量子纠缠概念有问题。




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