[科普中国]-光子纠缠

光子纠缠（photon entanglement）理论认为，若将两粒来自同一光束的光子分开，发生在其中一粒光子上的事情, 在另一粒光子上都能反映出来。正如常规的量子纠缠一样，一个系统的两个或多个量子之间就会存在量子纠缠，一生俱生，一灭俱灭，光子亦在此列，这种关联性超越空间，超越时间，是瞬时超距发生的，是强关联。

简介光子纠缠（photon entanglement）理论认为，若将两粒来自同一光束的光子分开，发生在其中一粒光子上的事情, 在另一粒光子上都能反映出来。正如常规的量子纠缠一样，一个系统的两个或多个量子之间就会存在量子纠缠，一生俱生，一灭俱灭，光子亦在此列，这种关联性超越空间，超越时间，是瞬时超距发生的，是强关联。1

量子纠缠在量子力学里，当几个粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，则称这现象为量子缠结或量子纠缠（quantum entanglement）。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象；在经典力学里，找不到类似的现象。

假若对于两个相互纠缠的粒子分别测量其物理性质，像位置、动量、自旋、偏振等，则会发现量子关联现象。例如，假设一个零自旋粒子衰变为两个以相反方向移动分离的粒子。沿着某特定方向，对于其中一个粒子测量自旋，假若得到结果为上旋，则另外一个粒子的自旋必定为下旋，假若得到结果为下旋，则另外一个粒子的自旋必定为上旋；更特别地是，假设沿着两个不同方向分别测量两个粒子的自旋，则会发现结果违反贝尔不等式；除此以外，还会出现貌似佯谬般的现象：当对其中一个粒子做测量，另外一个粒子似乎知道测量动作的发生与结果，尽管尚未发现任何传递信息的机制，尽管两个粒子相隔甚远。

阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和纳森·罗森于1935年发表的爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬（EPR佯谬）论述到上述现象。埃尔温·薛定谔稍后也发表了几篇关于量子纠缠的论文，并且给出了“量子纠缠”这术语。爱因斯坦认为这种行为违背了定域实在论，称之为“鬼魅般的超距作用”，他总结，量子力学的标准表述不具完备性。然而，多年来完成的多个实验证实量子力学的反直觉预言正确无误，还检试出定域实在论不可能正确。甚至当对于两个粒子分别做测量的时间间隔，比光波传播于两个测量位置所需的时间间隔还短暂之时，这现象依然发生，也就是说，量子纠缠的作用速度比光速还快。最近完成的一项实验显示，量子纠缠的作用速度至少比光速快10,000倍。这还只是速度下限。根据量子理论，测量的效应具有瞬时性质。可是，这效应不能被用来以超光速传输经典信息，否则会违反因果律。

量子纠缠是很热门的研究领域。像光子、电子一类的微观粒子，或者像分子、巴克明斯特富勒烯、甚至像小钻石一类的介观粒子，都可以观察到量子纠缠现象。现今，研究焦点已转至应用性阶段，即在通讯、计算机领域的用途，然而，物理学者仍旧不清楚量子纠缠的基础机制。1

光子光子（Photon）是一种基本粒子，是电磁辐射的量子。在量子场论里是负责传递电磁力的力载子。这种作用力的效应在微观层次或宏观层次都可以很容易地观察到，因为光子的静止质量为零，它可以移动至很远距离，这也意味着它在真空中的传播速度是光速。如同其它微观粒子，光子具有波粒二象性，能够展现出波动性与粒子性。例如，它能在双缝实验里展示出波动性，也能在光电效应实验里展示出粒子性。

阿尔伯特·爱因斯坦在1905年至1917年间发展出光子的现代概念，这是为了解释一些与光的古典波动模型不相符合的实验结果。当时被普遍接受的经典电磁理论，尽管能够论述关于光是电磁波的概念，但是无法正确解释黑体辐射与光电效应等实验现象。半古典理论在麦克斯韦方程组的框架下将物质吸收光和发射光所涉及的能量量子化，而行进的光波仍采古典方法处理；如此可对黑体辐射的实验结果做出合理解释。爱因斯坦的主张与普朗克的半古典理论明显不同，他提出光本身就是量子化的概念，当时爱因斯坦称之为“光量子”（英语：light quantum）。虽然半古典理论对于量子力学的初始发展做出重大贡献，从于1923年观测到的电子对于单独光子的康普顿散射开始，更多的实验证据使爱因斯坦光量子假说得到充分证实。由于这关键发现，爱因斯坦于1921年获颁诺贝尔物理学奖。

光子的概念带动了实验和理论物理学在多个领域的巨大进展，例如激光、玻色-爱因斯坦凝聚、量子场论、量子力学的统计诠释、量子光学和量子计算等。在物理学外的其他领域里，这概念也找到很多重要应用，如光化学、高分辨显微术，以及分子间距测量等。在当代相关研究中，光子是研究量子计算机的基本元素，也在复杂的光通信技术，例如量子密码学等领域有重要的研究价值。

根据粒子物理的标准模型，光子的存在可以满足物理定律在时空内每一点具有特定对称性的理论要求。这种对称性称为规范对称性，它可以决定光子的内秉属性，例如质量、电荷、自旋等。光子的自旋为1，因此是玻色子，不遵守泡利不相容原理。2

参见量子力学

量子纠缠

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所