量子糾纏,一個人類亟欲掌握的未來科技

在量子力學的領域裡,有一個十分有趣的物理狀態,它是奠定量子科技發展的關鍵之一,也是人們不停嘗試,想要進行實際科技投入的項目之一,這個狀態,就是我們常聽到的量子力學。

上次的專欄裡,我們提過了關於量子力學的驗證歷史,而今天,就要來和大家聊聊,在量子力學的領域中,它到底是一個什麼樣的狀態,又能夠怎麼幫助人類科技實現跨時代成長。

量子糾纏介紹

上次我們提到的光子實驗中,有一個將光子切分為兩半的實驗,在量子力學的世界裡,當兩顆粒子產生糾纏狀態那無論他們相距多遠,只要得知其中一個粒子的狀態,另一個粒子,就勢必呈現相對應的狀態,若要簡單舉例,就像是一對天生的孿生雙胞胎,他們有著奇特的心電感應,無論他們距離多遠,只要其中一個人肚子餓,另一個就一定會肚子餓,且因為基於心靈感應的情況,兩人餓肚子的時間基本上毫無差異,這就是所謂的量子糾纏。

在過往的時候,科學界曾經為了量子的存在與否,掀起了一場長達數十年的戰爭,而以那位大名鼎鼎的愛因斯坦為首的反對派認為,再糾纏狀態下的粒子,其中必定包含了隱藏變數與指示,只是人類尚未無法觀察到,如果要更簡單來說,以剛剛的雙胞胎為例子,愛因斯坦認為所謂的心靈感應並不存在,他們之間一定有人在偷偷傳遞訊息,也許是超高科技的對講機,也許是傳訊小精靈,無論如何,必定有一個東西的影響,才導致了他們的糾纏狀態。

後來一位名叫貝爾的科學家,提出了革命性的貝爾不等式,佐證了愛因斯坦的正確,因此在這段時間裡,量子力學遭到了大部分科學家的否認。

而作為正方代表的玻爾,他其實是愛因斯坦的好友,兩人經常一起討論物理現象,不過在量子力學上,玻爾大力反駁著愛因斯坦的理論,並且不停推出實驗,以佐證量子力學的不確定性,直到2022年,三位科學家的聯合實驗,讓量子力學的反對聲音徹底消失無蹤。

破解貝爾不等式的三位偉人

法國的阿蘭.阿斯佩(Alain Aspect)、美國的約翰.克勞澤(John F. Clauser)、奧地利的安東.塞林格(Anton Zeilinger)

上述的三位科學家,他們設計了一套實驗,並且分別進行完善修改。

為了方便各位理解,以下會用小編自行翻譯過的說法來解釋,如果想理解更正確的說法,歡迎上網自行搜尋。

在此實驗裡,他們設計一套機制,讓鈣元子在被激光觸發後,會朝左右兩方向發射一對糾纏粒子,在這兩顆粒子的對面各有一塊偏振片,就想像他是一個有弧度的鏡片就好,在通過偏振片時,粒子會因為發射角度的問題,導致粒子會落在不同的位置,但他們發現,只要觀察其中一個粒子,就能很輕易的推算出另一個粒子的落點,就因為他們之間有著神奇的糾纏狀態。

當然,這個實驗受到了質疑,因為這無法證明愛因斯坦說的隱藏變數不存在,也許他們之間還是有個神奇小精靈在傳遞訊息,因此實驗又進一步改良。

這次,實驗機制基於一種類似聲光感應的效果,兩邊的偏振片改為兩片,之間相隔13米,而這些偏振片會以十鈉秒的速度進行移動,在這樣的速度下,光速也不可能做到傳遞訊息,然而在這場實驗裡,依然證明了量子糾纏的存在,因此貝爾不等式就此破解。

該怎麼運用量子狀態

要提到利用量子狀態的科技前,我們要先說明,糾纏狀態並不只會發生在兩顆粒子上,現在如果有兩對糾纏粒子,只要讓a組的其中一顆粒子,與b組的其中一顆粒子發生糾纏狀態,那這兩組的其餘粒子,也會立刻發生糾纏狀態。

在此情況下,如果人類能夠熟練運用這條物理現象,那遠距離傳輸訊息,就再也不會有任何延遲,無論是量子網路、星際溝通、新型電腦等,都不會再是問題,甚至最一開始所提到的瞬間傳送,只要我們在a點的機器裡,透過掃描,讓b點的粒子與自身的粒子發生糾纏態,那一瞬間,就能夠做到傳送的動作,當然這之間引發的問題還需多做討論,但聽起來就很有趣對吧~

結論

相信經過今天的介紹,各位對於整個量子力學的領域,肯定都還是一臉茫然,完全聽不懂的狀態。

不要擔心,這世界上絕對沒有人敢說自己懂量子力學,如果有,那他只是在誆騙你,畢竟要真正了解量子力學,對於三維世界的人類來說,還是存在著一條巨大的鴻溝。

但是不理解,不代表無法運用,就像我們不知道手機跟電腦的運作方式,但我們依然習慣使用這些科技,因此相信不久的未來,人類一定可以熟練運用這些神奇的科技!

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