10、量子世界：光子偏振与纠缠的奇妙之旅

量子世界：光子偏振与纠缠的奇妙之旅

1. 光子偏振的奇异特性

光子，作为量子世界的基本粒子，具有许多令人费解的特性。除了波粒二象性外，光子还具有偏振这一重要属性。从经典角度看，偏振是指当光子径直朝你飞来时，其电场的振荡方向。为便于观察，我们可通过类似枪瞄望远镜的工具来观测。

光子的偏振状态主要有以下几种：
- 水平偏振（H - polarized）：电场水平振荡，记为 (|H\rangle)。
- 垂直偏振（V - polarized）：电场垂直振荡，记为 (|V\rangle)。
- 正 45°偏振（plus - polarized）：电场在 +45°方向振荡，记为 (|+\rangle)。
- 负 45°偏振（minus - polarized）：电场在 -45°方向振荡，记为 (|-\rangle)。

这些偏振状态之间存在着向量加法关系：
- (|H\rangle + |V\rangle = |+\rangle)
- (|H\rangle - |V\rangle = |-\rangle)
- (|+\rangle + |-\rangle = |H\rangle)
- (|+\rangle - |-\rangle = |V\rangle)

这些关系揭示了光子偏振的不确定性和非现实性。就像爱丽丝和她的狗的例子，我们无法确定狗走的是公园的上路径还是下路径。对于光子，若将 (|H\rangle) 比作上路径，(|V\rangle) 比作下路径，那么 (|±\rangle) 状态就是这两条路径的叠加。我们不能确定光子到底是 (|+\rangle) 状态，还是 (|H\rangle +