量子纠缠=开盲盒？

在量子力学中量子纠缠可能是最令人着迷的一种。然而，它也是最常被误解的。很多人认为，量子纠缠是一种“超越时空”的瞬时相互作用，这种看法认为量子纠缠粒子之间似乎存在着某种“超光速”的联络。然而，量子纠缠并不是一种相互作用。

还有一种比喻是用“开盲盒”来解释量子纠缠，认为两个纠缠粒子就像一对放在盲盒中的手套，其中一个是左手套，另一个是右手套。拆开其中一个盒子，立刻就知道另一个盒子里的内容。虽然这种描述似乎解释了结果的关联性，但它忽视了量子纠缠中的核心区别：结果并非预先确定的。在量子纠缠中，两个粒子的状态是完全随机且不确定的，只有在测量的瞬间才“选择”一个状态。也就是说，两个粒子间的关联并不是基于预先已知的状态，而是在测量后才展现出关联。

量子纠缠与开盲盒的区别

开盲盒的比喻看似合理，但它忽略了量子纠缠最关键的两个特点：

测量结果的随机性：纠缠粒子的单个测量结果是完全随机的。例如，我们把一对纠缠粒子分别交给两个实验者，一个粒子的测量结果可能是“0”或“1”，但无法预测。

测量结果的关联性：即使每次测量的结果是随机的，两个粒子的测量结果之间始终存在固定的关联（相同或相反）。例如，假设两个粒子具有相反的结果，那么无论第一个粒子的测量结果为“0”或“1”，另一个粒子的结果都必然是相反的。

在经典的开盲盒中，测量结果并不是随机的，因为开盒前我们就知道其中一定有一个左手套和一个右手套。这种关联是经典的，不涉及随机性，而量子纠缠中的关联恰恰与这种预先确定的经典关联不同。

量子纠缠的具体例子：纠缠态的测量

要更深入理解量子纠缠，我们可以看一个具体的量子态例子。假设我们将两个粒子制备成如下的纠缠态：

在这个状态下，一号粒子和二号粒子的测量结果满足以下条件：

一号粒子有一半概率测得“0”，一半概率测得“1”。

二号粒子也有一半概率测得“0”，一半概率测得“1”。

但是，当一号粒子的测量结果确定为“0”时，二号粒子一定是“1”；相反，如果一号粒子测得“1”，二号粒子一定是“0”。这种现象并不是因为两个粒子之间存在某种超光速的相互作用，而是因为我们对纠缠态的制备方法导致了这种关联性。

这时可能会问：相距遥远的两个粒子是如何实现这种关联的？是不是违反了相对论的超光速限制？其实，量子纠缠并没有传递任何信息，也没有涉及“超光速”的瞬时相互作用。在量子纠缠中，一个粒子的测量不会以任何方式影响另一个粒子的物理状态，它们的关联是由共同的初始纠缠态决定的。

另一个例子：相同的测量结果

我们还可以制备另一种纠缠态，例如：

在这种状态下，无论是一号粒子还是二号粒子，都有一半概率测得“0”，一半概率测得“1”。但与之前的例子不同的是，这里的测量结果总是相同的：如果一号粒子测得“0”，那么二号粒子必然也测得“0”；如果一号粒子测得“1”，二号粒子也必然测得“1”。这种状态中，两个粒子始终显示出相同的测量结果。

量子纠缠的关键在于：每个粒子的测量结果是随机的，但这些随机结果之间存在确定的关联性。这种关联既可能是相同，也可能是相反。正因为经典的开盲盒缺乏这种随机性，它并不能真正描述量子纠缠。

量子纠缠超越了经典物理的解释范畴，不仅揭示了量子世界的深奥本质，也为现代量子技术（如量子通信、量子计算）奠定了理论基础。了解量子纠缠，有助于我们重新审视自然的基本规律，并认识到经典物理并非解释宇宙唯一的语言。

作者：《你也可以理解量子信息》风云际会

审核：罗会仟 中科院物理所研究员

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