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量子力学 深层解读量子力学：怪异的量子世界，为什么会如此怪异？( 二 )


这一理论似乎既解释了纠缠又保持了局域性。1964年，物理学家约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)构思了一系列思想实验，能够区分真正的量子纠缠和保持局域性的经典纠缠(见下图)，这一切都发生了变化。
从1972年起，在一系列更加精确的实验中，纠缠被证明是一种现实。量子物理是非局域性的。在伦敦大学戈德史密斯大学从事量子信息理论研究的马蒂·霍本（Matty Hoban）说：“这些实验决定了任何拯救现实的希望的命运。”
但是，尽管非局域性显然是量子力学奇怪的一个组成部分，但这并不是故事的结尾。首先，非局部性仅适用于两个或多个粒子。它不存在于任何涉及单个粒子的奇怪量子效应中，例如它能够通过隧穿墙壁或获得多个身份。其他一些经典物理定律也被打破了。
不可靠的证人
这一困境的答案，再一次可以追溯到爱因斯坦。EPR及其支持者提出的另一个假设是，量子实验遵循与经典实验相似的规则。他们假定任何物体都有固定的性质，可以通过提出正确的实验问题来发现这些性质。左手套永远是左手套，这是一个不变的内在属性。无论你是通过戴上它来测试它，还是让你的朋友戴上它，这些不同的环境都不应该改变它的身份。
贝尔的测试表明，在量子世界中，它们确实有影响。当测量一对纠缠粒子时得到的结果与对其伙伴的测量有很强的联系。换句话说，每个粒子的答案必须取决于它被质疑的背景。从这个角度来看，量子世界中所有最违反直觉的结果都突然变得有意义了。在适当的条件下审问一个量子粒子，你可能会影响其供述的性质。
对于加拿大周边理论物理研究所的安娜·贝伦·塞恩斯（Ana Belén Sainz）来说，这使得情境性成为更固有的量子现象，而非局部性仅仅是它自身的一种表现方式。
然而，为了找出它是否真的是量子世界固有的奇怪之处的根源，我们需要构造一个类似于贝尔为非局域性设计的测试。这需要在两个不同的环境中进行相同的实验，并比较结果。事实证明，这是一个巨大的挑战，因为即使是设备中的微小缺陷也会导致实验噪音，从而导致结果的细微变化。你如何区分纯粹由于实验噪声而产生的差异和那些由于量子怪诞而产生的差异呢？
答案出现在2016年，当时两个团队对量子背景进行了独立的实验测试。他们的方法足够强大，实验噪音足以令人信服地证明量子世界中的物体确实是不可靠的见证者：他们给出的答案不仅取决于你问的问题，而且取决于你问他们的背景。对塞恩斯来说，这些实验是量子物理学史上的一个里程碑。
尽管它在量子宇宙中扮演着更重要的角色，但几十年来，它的情境性一直没有得到应有的认可。缺乏爱因斯坦认可只是冰山一角。霍本说：“这在很大程度上可以归结为令人震惊的价值。”对于物理学家来说，非局域性似乎更令人震惊，因为它触及了现实的基本要素：空间、时间和因果关系。无论出于何种原因，它的主导地位可能即将受到挑战。
2019年可能是世界上第一台大规模量子计算机建成的一年。根据该竞赛中的主要竞争者的说法，这样的计算机将利用量子力学的怪癖来执行甚至超越速度最快的超级计算机的任务，从发现新的癌症药物到改进天气预报和交通控制。但是什么让它们如此特别呢？


量子力学 深层解读量子力学：怪异的量子世界，为什么会如此怪异？
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IBM的工程师们也希望制造出世界一流的量子计算机
在幕后，计算机只是一种能够操纵信息以执行所需任务的设备。在普通笔记本电脑或个人电脑中，这是通过位于机器核心芯片上的数十亿个晶体管实现的。每个晶体管都可以处于两种状态中的一种：通电或关断。这两个状态(称为1和0)表示单个位信息。把足够多的碎片粘在一起，你就可以做任何事情，从计算航天飞机的轨迹到建立一个模型宇宙。
在量子计算中，经典位被量子位取代。量子位的波函数不只是以0或1的形式存在，而是允许它以0和1的新组合存在，这就是所谓的叠加。到目前为止还很简单。但在这一点上，许多试图解释量子计算能力的尝试都偏离了轨道。标准版本是这样的。经典位必须在两种可能的状态中选择一种，但是，多亏了叠加，一个量子位可以“同时”表示两种状态。因此，当一台经典计算机必须一次尝试每一个可能的解决方案时，量子叠加允许量子计算机同时尝试所有可能的解决方案，使它比普通计算机更快、更强大。听起来很棒。唯一的问题是，这完全是胡说八道。霍华德说：“如果事情这么简单，量子算法的设计也会很容易。”

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