纠缠态

Entangled State 纠缠状态

Entanglement: A state of a composite system that may not be

written as a product of the states of its component systems.

复合系统中不能被写作它的分系统状态的张量积的状态称为纠缠状态。

例如：两个粒子的状态为√2/2|00>+√2/2|01>，那么这个状态可以表示为|0>*（√2/2|0>+√2/2|1>），其中两个粒子的状态并没有联系，在测量到第一个粒子的状态为|0>前后，对第二个粒子的测量都是两种状态各有1/2的可能，合适的变换也总能将它变成相应的状态。但是如果改为√2/2|00>+√2/2|11>，那么就会出现一些“奇怪”的现象，例如对其中任何一个粒子进行的变换不能改变测量结果为0或1的概率，而如果先测出一个则另一个的状态也“确定”了等。这样的状态称为纠缠态。

量子信息学告诉人们：为了进行远距离的量子密码通信或量子态隐形传输，人们需要事先让距离遥远的两地共同拥有最大的“量子纠缠态”。所谓“量子纠缠”是指不论两个粒子间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象，即两个粒子之间不论相距多远，从根本上讲它们还是相互联系的。例如，一个无自旋的粒子分裂成两个粒子，它们的自旋一定相反。但在观测到它们的自旋前，它们是随机的，对一个粒子的观测会瞬时影响到另一个粒子。科学家们认为，这是一种“神奇的力量”，爱因斯坦都无法解释，将其戏称为“遥远的鬼魅行为”。 [2]  可成为具有超级计算能力的量子计算机和“万无一失”的量子保密系统的基础。

但由于在量子通信通道中存在种种不可避免的环境噪声，“量子纠缠态”的品质会随着传送距离的增加而逐渐降低，也就是说，两个粒子之间的纠缠会因传播距离的增大而不断退化，其纠缠数量也会随之越来越少。这是导致量子通信手段目前只能停留在短距离应用上的根本原因。

不同的量子物理学理论对此有不同的解释。

1.两个粒子，只要未被观测到它们的分离，就是不实在的，只能是一个粒子。

2.有两个宇宙版本，每一个对应自旋态的一种可能。

3.有许多历史，被随机选择了一个。

4.两个粒子间有超光速的信号。

纠缠态最早是由薛定谔和爱因斯坦提出来的，两个人虽然都被当成量子力学（QM）的奠基人，但是两位大师都反对 QM 所包含的正统思想，纠缠态就是他们为了批判 QM 所蕴含的哲学思想而提出的。

爱因斯坦提到的EPR态，两个粒子A,B可形成这种态： |0>A|0>B + |1>A|1>B |0>|1>代表不同的自旋态，上述态的意思是如果A粒子处于|0>（|1>）态，则B粒子必也处于|0>（|1>）态。注意，一旦这种状态形成后，理论上可以将A,B拉开至无穷远距离，但是这种关联仍然存在，即可以从对A测量所得到的状态推出B此时的状态，爱因斯坦把这种关联称为“幽灵般的超距作用”。

两个伽马光子对撞，有一定的几率产生一对正反电子对，这两个正负电子就处于纠缠态。

2018年2月，利用量子相变确定性制备出多粒子纠缠态，荣获科技部2017年度中国科学十大进展。

2018年7月，记者从中国科大获悉，该校郭光灿院士团队的李传锋、柳必恒等人，首次利用四维纠缠态实现量子密集编码，达到2.09的信道容量，创造了当前国际最高水平。该成果充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势。该成果日前发表在国际权威期刊《科学·进展》上。