2、量子信息与非局域性的奥秘

量子信息与非局域性的奥秘

1. 量子信息科学的新视角

量子信息科学正处于变革之势，它重塑着我们对量子力学和信息论的理解。Tai Tsun Wu提出，我们需要从根本上重新思考量子计算和量子密码学的建模方式，尤其要纳入量子存储器（或量子寄存器）的概念。量子存储器的内容是一个纯态，在计算过程中会通过幺正变换更新为另一个纯态。用散射相互作用来模拟这种更新是最自然的方式，它由薛定谔方程描述，并明确考虑了空间变量。这种更符合物理现实的建模方式会带来一些惊人的结果，比如在量子密钥分配中，利用散射对量子存储器进行分析会揭示出新的安全隐患。通过对Bennett的“B92”协议的仔细研究发现，使用带有一个或多个空间变量的散射，像量子克隆这类被禁止的操作实际上是有可能实现的。

2. 量子力学中的非局域性

量子力学无疑是极其成功的理论，它解释了黑体辐射、光电效应、原子光谱、化学键、原子和原子核结构、晶体性质以及基本粒子等众多现象。然而，我们对量子力学仍缺乏深入理解，新奇甚至令人困惑的效应不断被发现。微观粒子的非局域动力学和非局域关联是量子力学中最奇特的现象之一。粒子的非局域运动方程由Aharonov和Bohm发现，而非局域关联则由John Bell发现，并由Clauser、Horne、Shimony和Holt首次以可实验验证的形式呈现。起初，这些现象看似很奇特，处于量子力学的边缘，但如今我们明白它们是量子力学行为的重要方面。

假设有两位实验者Alice和Bob，他们分别位于遥远的不同行星上，对来自同一源且处于纠缠态的粒子进行实验。这些实验是“类空分离”的，即实验时间远短于光（以及任何其他信号）从Alice传播到Bob所需的时间。而且，实验时间经过预先安排，使得Alice在完成实验