19、量子纠缠与非局域性：从理论到实践

量子纠缠与非局域性：从理论到实践

1. 量子非局域性概述

量子纠缠是量子力学中一种独特的现象，纠缠态不能表示为单独状态的张量积。其中，最著名的纠缠态是 EPR 对，其形式为 $\frac{1}{\sqrt{2}}(|00\rangle + |11\rangle)$。

假设 Alice 拥有 EPR 对中的第一个量子比特，Bob 拥有第二个。当 Alice 在计算基下测量她的量子比特并得到结果 $b \in {0, 1}$ 时，整个态会坍缩到 $|bb\rangle$。即使两个量子比特相隔数光年，Alice 的测量行为似乎也会瞬间影响到 Bob 的量子比特状态，这一现象被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”。

爱因斯坦认为，信息和因果关系的传播速度不能超过光速，因此量子力学应该被某种“局域实在论”的物理理论所取代。在局域实在论中，信息和因果关系是局域的，且物理系统具有明确的属性。

然而，1960 年代，John Bell 设计了基于纠缠的实验，其结果无法用任何局域实在论理论来解释，这种现象被称为“量子非局域性”。1980 年代初，Aspect 等人进行了相关实验，实验结果与量子力学的预测相符，这表明局域实在论的常识观念很可能是错误的。

以下是一个简单的 mermaid 流程图，展示了量子非局域性实验的基本流程：

graph LR
    A[准备 EPR 对] --> B[Alice 测量量子比特]
    B --> C[态坍缩]
    C --> D[Bob 测量量子比特]
    D --> E[分析测量结果]