引言

量子纠缠是量子力学最反直觉、最深刻的现象之一。2022年诺贝尔物理学奖授予阿斯佩、克劳泽和蔡林格,标志着纠缠光子实验的里程碑意义获得最高认可。

EPR佯谬

1935年爱因斯坦、波多尔斯基和罗森发表论文论证量子力学不完备:测量纠缠粒子A的位置可推断B的位置,测量A的动量可推断B的动量。按"物理实在要素"定义,B的位置和动量同时是实在的——但与海森堡不确定性原理矛盾。EPR认为量子力学遗漏了某些"隐变量"。

贝尔不等式

1964年贝尔提出可被实验检验的不等式:

|S| = |E(a,b) - E(a,b') + E(a',b) + E(a',b')| <= 2

任何局域隐变量理论必须满足|S| <= 2。但量子力学预测最优角度下S = 2*sqrt(2) ≈ 2.828 > 2——明确违反贝尔不等式。

阿斯佩实验(1982)

关键创新是声光调制器对测量方向纳秒级别切换,确保测量设置在光子飞行过程中才确定——排除了光速通信可能。实验结果清晰显示贝尔不等式的违反。

2015年无漏洞贝尔实验

三个独立团队同时完成"无漏洞"贝尔实验,同时关闭局域性漏洞和探测漏洞。代尔夫特团队使用相距1.3公里的氮空位中心产生纠缠电子自旋。

应用前景

量子密钥分发实现无条件安全通信;量子隐形传态可转移量子态而不传输实体粒子;量子计算中纠缠态是超越经典的关键资源。

结语

量子纠缠不仅是微观世界的奇妙现象,更正在深刻改变人类对信息和实在的理解。

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