量⼦理论的两个基本原理

作者: ⼩⾬

来源: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.040201

发布日期: 2023-05-03 20:30:57

量⼦理论的⼀些反直觉现象与它的概率性质有关,物理学家通常只能判断物理系统的可能测量结果的概率。⾮定域性和互⽂性是量⼦理论中的两个基本原理,它们在量⼦系统中可以同时观察到,为新的量⼦信息处理和量⼦通信协议的发展铺平道路。

在物理学领域,量⼦理论是由⼀群著名物理学家在20世纪的头30年⾥建⽴的。量⼦理论描述了分⼦、原⼦和亚原⼦尺度上的⼀系列现象。今天,量⼦理论的⼀些应⽤已经渗透到我们⽣活的⽅⽅⾯⾯,但我们对它的理解并不完整。许多量⼦现象似乎与常识或⽇常经验背道⽽驰,这不仅常常让⼤众觉得难以理解,也让物理学家和科学哲学家感到惊讶。

量⼦理论的⼀些反直觉现象与它的概率性质有关。通常,物理学家是不能对单个测量的实际结果进⾏预测的,只能判断物理系统的可能测量结果的概率。

在量⼦物理学中,⼀个极具挑战的概念是⾮定域性。⾮定域性是爱因斯坦对量⼦物理学的概率性提出异议的⼀种回答。在1935年发表的⼀篇影响深远的论⽂中,爱因斯坦、波多尔斯基、罗森对量⼦理论的完备性提出了质疑。在这篇论⽂中,为了证明量⼦⼒学和定域性之间的冲突,他们提出了⼀个如今被称为EPR佯谬的思想实验。

1964年,英国物理学家⻉尔重新审视了EPR的观点,提出了⼀种数学形式描述,证明了量⼦系统可以是⾮定域的。通过⽐较两个纠缠粒⼦的测量结果,他⽤⻉尔定理表明,粒⼦之间的强相关性不可能⽤定义每个粒⼦各⾃属性的定域隐变量来解释,纠缠对中包含的信息必须在粒⼦间⾮定域共享。

另⼀个具有挑战性的想法则似乎指向了相反的⽅向,那就是互⽂性。互⽂性说的是,量⼦物体的测量结果取决于“与境”。⽽与境指的是围绕⼀个事件的所有细节,它能为我们提供更多关于发⽣了什么以及如何发⽣的信息。

1967年,科亨、施佩克尔提出,⼀个量⼦系统不可能拥有能在所有的可能性下定义其所有属性值的隐变量。这在后来被称为科亨-施佩克尔定理,它表明⼀个可以⽤来描述量⼦粒⼦究竟在做什么(即使我们没有在观测)的理论,必定是互⽂的。

2014年,有科学家进⾏了⼀项与⼀个特殊案例有关的研究。他们在⼀个量⼦系统中,发现只能观察到⾮定域性和互⽂性的其中⼀种。这⼀发现后来被称为单配性。科学家推测,⾮定域性和互⽂性是以不同⽅式观察到的相同的⼀般⾏为的不同⾯。

⼀项由中国和巴⻄科学家开展的研究表明,⽆论从理论上还是实验上,事实都并⾮如此。他们证明了这两种现象是可以在量⼦系统中同时观察到的。

这项新的研究明确地表明,量⼦物理学与经典物理学的两种不同的基本⽅式可以在同⼀系统中同时观察到,这与通常的看法相反。因此,⾮定域性和互⽂性显然不是同⼀现象的互补表现。

UUID: 9b4b5f79-8737-47e7-9932-d9804d341037

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/原理公众号-pdf2txt/2023年/原理_2023-05-03_量子理论的两个基本原理.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0050 元