作者：Colorado School of Mines， 副教授 吳志剛
作者：Colorado School of Mines， 副教授 吳志剛
2019年7月，量子糾纏（兩個光子）照片首次公佈
作者：Colorado School of Mines， 副教授 吳志剛
2019年7月，量子糾纏（兩個光子）照片首次公佈
2019年4月，宇宙黑洞（質量為太陽的65億倍）照片首次公佈
量子糾纏和宇宙黑洞，一個極小，一個極大，照片看上去卻有點相似。宇宙黑洞的照片再次明白無誤地驗證了愛因斯坦的廣義相對論；而量子糾纏的照片，再次徹底否定了愛因斯坦的局域理論。但在理解與否定愛因斯坦提出的佯謬（Einstein-Podolsky-Rosen）——量子糾纏的理論淵源——的過程中，科學家開創了量子信息學，包括量子通訊和量子計算。
量子計算機是傳統計算機的推廣，利用量子糾纏效應，可以疊加傳統計算機的所有狀態，作出所有可能的變換，也就是說所有相對應的傳統計算可以同時並行完成，按照一定的概率疊加起來輸出。量子計算是日新月異的研究領域，今年年初IBM推出IBM System One，第一代商用量子計算機，用戶可以通過雲計算使用它進行科學研究，雖然它的速度還遠遠比不上傳統計算機，但未來的潛力無限。
有趣的是，人腦可能也是量子計算機，利用量子糾纏現象工作，因此才如此高效，以極低的能耗和體積，作出與當今世界最先進的龐然大物超級電子計算機相當的計算速度和計算量，雖然其具體工作機制和物質目前還不清楚。愛因斯坦那令人驚歎的大腦，也許是量子深度糾纏的結果，疊加出常人無法進入的一個非同尋常的世界。
量子糾纏也被認為是破解時間之謎的鑰匙。物理學的基本定律，都是正反時間對稱的，無法分辨時間向前或退後。而實際測量到的時間，總是流向前方，從來沒有人能夠回到過去（進入未來是可以的）。物理學家對此非常困惑，只能從熱力學的統計分佈來理解時間之箭，雖然每個微觀過程都在時間上可逆。
Seth Lloyd 在1988年提出一個猜想，認為量子糾纏是時間單一流向的源頭：時間的流向來自粒子之間的關聯和疊加之不可逆——量子糾纏效應的結果。之後物理學家對此進行了深入研究，提出微觀粒子由於相互作用而形成的量子糾纏，導致能量在整個環境中的散佈與平衡，顯示出時間的流向。
有物理學家提出，時間是一種從量子糾纏衍生出的現象，從而能將量子力學與廣義相對論連在一起，完成愛因斯坦花了最後30年時間卻失敗了的大統一理論。然而早期（1960年代）這一嘗試的巨大困難，在於不能將時間納入量子引力理論，導致著名的時間問題。1983年，Page和Wooters提出一個方案，利用量子糾纏來度量時間。由於技術障礙，直到2013年這個想法才被實驗檢驗，這一研究領域尚在雛形。
目前不僅光子、電子一類的微觀粒子，而且分子、富勒烯，甚至小鑽石這些介觀粒子，都被成功地觀測到量子糾纏現象。從理論上來說，量子糾纏也能發生在兩個宇宙黑洞之間，而後如果這兩個糾纏的黑洞分開，就可以形成一個連接二者的“蟲洞” 。因此宇宙蟲洞實際上是宏觀尺寸的量子糾纏現象。我們知道，透過蟲洞可以做瞬時的空間轉移或者時間旅行——當代科幻小說的重要主題之一，然而迄今為止，還未觀測到蟲洞存在的切實證據。
在此理論基礎上，物理學家進一步提出，愛因斯坦的引力場方程不是對引力的最基礎描述，引力的本源來自量子糾纏。在糾纏粒子生成的同時，蟲洞也生成了。微觀粒子的糾纏形成極其細微的蟲洞，而宏觀物體之間的糾纏，或者無數微觀粒子糾纏的疊加，導致宏觀蟲洞在第五維時空產生。根據全息原理，所有第五維的事件都可以轉換為其在四維時空的對應事件。理論家認為第五維時空的宏觀蟲洞，可以轉換為四維時空的彎曲。
因此引力以及質量彎曲時空的能力來自於量子糾纏。目前引力被愛因斯坦場方程精確地描述，尚未發現任何實驗現象偏離這個方程的預言。未來的量子引力理論，應該能夠顯示這一點，並且發現與基於經典物理的愛因斯坦場方程不同計算結果的宇宙現象。
來源：http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=660551&do=blog&id=1190003
作者：Colorado School of Mines， 副教授 吳志剛
2019年7月，量子糾纏（兩個光子）照片首次公佈
2019年4月，宇宙黑洞（質量為太陽的65億倍）照片首次公佈
量子糾纏和宇宙黑洞，一個極小，一個極大，照片看上去卻有點相似。宇宙黑洞的照片再次明白無誤地驗證了愛因斯坦的廣義相對論；而量子糾纏的照片，再次徹底否定了愛因斯坦的局域理論。但在理解與否定愛因斯坦提出的佯謬（Einstein-Podolsky-Rosen）——量子糾纏的理論淵源——的過程中，科學家開創了量子信息學，包括量子通訊和量子計算。
量子計算機是傳統計算機的推廣，利用量子糾纏效應，可以疊加傳統計算機的所有狀態，作出所有可能的變換，也就是說所有相對應的傳統計算可以同時並行完成，按照一定的概率疊加起來輸出。量子計算是日新月異的研究領域，今年年初IBM推出IBM System One，第一代商用量子計算機，用戶可以通過雲計算使用它進行科學研究，雖然它的速度還遠遠比不上傳統計算機，但未來的潛力無限。
有趣的是，人腦可能也是量子計算機，利用量子糾纏現象工作，因此才如此高效，以極低的能耗和體積，作出與當今世界最先進的龐然大物超級電子計算機相當的計算速度和計算量，雖然其具體工作機制和物質目前還不清楚。愛因斯坦那令人驚歎的大腦，也許是量子深度糾纏的結果，疊加出常人無法進入的一個非同尋常的世界。
量子糾纏也被認為是破解時間之謎的鑰匙。物理學的基本定律，都是正反時間對稱的，無法分辨時間向前或退後。而實際測量到的時間，總是流向前方，從來沒有人能夠回到過去（進入未來是可以的）。物理學家對此非常困惑，只能從熱力學的統計分佈來理解時間之箭，雖然每個微觀過程都在時間上可逆。
Seth Lloyd 在1988年提出一個猜想，認為量子糾纏是時間單一流向的源頭：時間的流向來自粒子之間的關聯和疊加之不可逆——量子糾纏效應的結果。之後物理學家對此進行了深入研究，提出微觀粒子由於相互作用而形成的量子糾纏，導致能量在整個環境中的散佈與平衡，顯示出時間的流向。
有物理學家提出，時間是一種從量子糾纏衍生出的現象，從而能將量子力學與廣義相對論連在一起，完成愛因斯坦花了最後30年時間卻失敗了的大統一理論。然而早期（1960年代）這一嘗試的巨大困難，在於不能將時間納入量子引力理論，導致著名的時間問題。1983年，Page和Wooters提出一個方案，利用量子糾纏來度量時間。由於技術障礙，直到2013年這個想法才被實驗檢驗，這一研究領域尚在雛形。
目前不僅光子、電子一類的微觀粒子，而且分子、富勒烯，甚至小鑽石這些介觀粒子，都被成功地觀測到量子糾纏現象。從理論上來說，量子糾纏也能發生在兩個宇宙黑洞之間，而後如果這兩個糾纏的黑洞分開，就可以形成一個連接二者的“蟲洞” 。因此宇宙蟲洞實際上是宏觀尺寸的量子糾纏現象。我們知道，透過蟲洞可以做瞬時的空間轉移或者時間旅行——當代科幻小說的重要主題之一，然而迄今為止，還未觀測到蟲洞存在的切實證據。
在此理論基礎上，物理學家進一步提出，愛因斯坦的引力場方程不是對引力的最基礎描述，引力的本源來自量子糾纏。在糾纏粒子生成的同時，蟲洞也生成了。微觀粒子的糾纏形成極其細微的蟲洞，而宏觀物體之間的糾纏，或者無數微觀粒子糾纏的疊加，導致宏觀蟲洞在第五維時空產生。根據全息原理，所有第五維的事件都可以轉換為其在四維時空的對應事件。理論家認為第五維時空的宏觀蟲洞，可以轉換為四維時空的彎曲。
因此引力以及質量彎曲時空的能力來自於量子糾纏。目前引力被愛因斯坦場方程精確地描述，尚未發現任何實驗現象偏離這個方程的預言。未來的量子引力理論，應該能夠顯示這一點，並且發現與基於經典物理的愛因斯坦場方程不同計算結果的宇宙現象。
來源：http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=660551&do=blog&id=1190003
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