在量子力學中量子糾纏可能是最令人著迷的一種。然而，它也是最常被誤解的。很多人認為，量子糾纏是一種“超越時空”的瞬時相互作用，這種看法認為量子糾纏粒子之間似乎存在著某種“超光速”的聯絡。然而，量子糾纏并不是一種相互作用。

還有一種比喻是用“開盲盒”來解釋量子糾纏，認為兩個糾纏粒子就像一對放在盲盒中的手套，其中一個是左手套，另一個是右手套。拆開其中一個盒子，立刻就知道另一個盒子里的內容。雖然這種描述似乎解釋了結果的關聯性，但它忽視了量子糾纏中的核心區別：結果并非預先確定的。在量子糾纏中，兩個粒子的狀態是完全隨機且不確定的，只有在測量的瞬間才“選擇”一個狀態。也就是說，兩個粒子間的關聯并不是基于預先已知的狀態，而是在測量后才展現出關聯。

量子糾纏與開盲盒的區別

開盲盒的比喻看似合理，但它忽略了量子糾纏最關鍵的兩個特點：

測量結果的隨機性：糾纏粒子的單個測量結果是完全隨機的。例如，我們把一對糾纏粒子分別交給兩個實驗者，一個粒子的測量結果可能是“0”或“1”，但無法預測。

測量結果的關聯性：即使每次測量的結果是隨機的，兩個粒子的測量結果之間始終存在固定的關聯（相同或相反）。例如，假設兩個粒子具有相反的結果，那么無論第一個粒子的測量結果為“0”或“1”，另一個粒子的結果都必然是相反的。

在經典的開盲盒中，測量結果并不是隨機的，因為開盒前我們就知道其中一定有一個左手套和一個右手套。這種關聯是經典的，不涉及隨機性，而量子糾纏中的關聯恰恰與這種預先確定的經典關聯不同。

量子糾纏的具體例子：糾纏態的測量

要更深入理解量子糾纏，我們可以看一個具體的量子態例子。假設我們將兩個粒子制備成如下的糾纏態：

在這個狀態下，一號粒子和二號粒子的測量結果滿足以下條件：

一號粒子有一半概率測得“0”，一半概率測得“1”。

二號粒子也有一半概率測得“0”，一半概率測得“1”。

但是，當一號粒子的測量結果確定為“0”時，二號粒子一定是“1”；相反，如果一號粒子測得“1”，二號粒子一定是“0”。這種現象并不是因為兩個粒子之間存在某種超光速的相互作用，而是因為我們對糾纏態的制備方法導致了這種關聯性。

這時可能會問：相距遙遠的兩個粒子是如何實現這種關聯的？是不是違反了相對論的超光速限制？其實，量子糾纏并沒有傳遞任何信息，也沒有涉及“超光速”的瞬時相互作用。在量子糾纏中，一個粒子的測量不會以任何方式影響另一個粒子的物理狀態，它們的關聯是由共同的初始糾纏態決定的。

另一個例子：相同的測量結果

我們還可以制備另一種糾纏態，例如：

在這種狀態下，無論是一號粒子還是二號粒子，都有一半概率測得“0”，一半概率測得“1”。但與之前的例子不同的是，這里的測量結果總是相同的：如果一號粒子測得“0”，那么二號粒子必然也測得“0”；如果一號粒子測得“1”，二號粒子也必然測得“1”。這種狀態中，兩個粒子始終顯示出相同的測量結果。

量子糾纏的關鍵在于：每個粒子的測量結果是隨機的，但這些隨機結果之間存在確定的關聯性。這種關聯既可能是相同，也可能是相反。正因為經典的開盲盒缺乏這種隨機性，它并不能真正描述量子糾纏。

量子糾纏超越了經典物理的解釋范疇，不僅揭示了量子世界的深奧本質，也為現代量子技術（如量子通信、量子計算）奠定了理論基礎。了解量子糾纏，有助于我們重新審視自然的基本規律，并認識到經典物理并非解釋宇宙唯一的語言。

作者：《你也可以理解量子信息》風云際會

審核：羅會仟 中科院物理所研究員

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