量子糾纏 quantum entanglement

在EPR論文出現以前, 也就是1935年以前, 量子力學所談論的疊加態和測不準現象, 通常只對單一事物(粒子)而言. 自從EPR論文提出兩粒子系統後, 物理界便經常討論「兩個以上相依粒子組成系統的量子聯合態」. 這個相依性是非局域的; 這個聯合態具隨機性, 由複數向量機率系統所規範; 這個聯合態也是糾結的, 遵守某些規則; 態的觀察是可以延遲選擇的. 這種現象稱為量子糾纏.

所謂量子糾纏, 是指系統產生後, 系統內的元素的特性, 高度相關. 不因時空的擴展, 影響這個高度相關. 除非, 發生另外事件, 打破這個相關. 這個高度相關即稱為相干或糾纏, 他是跨越時空的.

原本EPR討論位置和動量的糾纏系統, 可能的測量結果是連續統, 連續而無限多的可能值. 1951年, 大衛玻姆提出較簡單的EPR系統. 玻姆對這個簡單的相依系統, 只考慮有限的測量結果(量子化): 原子的自旋分量, 它是量子化的有限數值, 所謂離散統, 而非如電子的動量是連續統. 1963年, 約翰貝爾更進一步, 考慮最簡單的只有兩種互斥結果, 引進數位量子態+與-, 或者0與1. 此後, 量子糾纏所討論的系統, 經常是這種簡單的數位量子態, 二元數位統, 為以後的量子位元鋪路, 也為量子計算機與量子資訊訂下範疇, 以二元數位統為討論範疇.

通常我們描述最簡單的量子糾纏態, 是對兩粒子系統實施局域測量. 而這個測量態具有兩種互斥的輸出, 常註記為+與-. 這個糾纏態是隨機性的, 就像拋一枚銅板的結果一樣.

量子糾纏, 很難用常識理解, 也很難舉常識的例子. 為了確切了解量子糾纏, 我們嘗試舉兩個常識性例子看看. 兩粒子之間, 有很強的關聯性. 如果我們在一個盒子中放入一紅一藍的彈珠, 閉著眼睛拿走一顆, 用布包好, 送到外太空銀河深處. 這時, 這顆彈珠, 是紅是藍, 各有50%可能. 如果這顆是藍的, 那麼另外留在盒中的那顆就一定是紅的. 兩粒子的物態(顏色), 有很好的隨機性, 也有很強的關聯性. 這算是一個量子糾纏系統嗎?