主题：[转帖]瑞士实验显示量子信息传输速度远超光速

新浪科技讯 北京时间8月15日消息，据美国生活科学网报道，伟大的物理学家爱因斯坦曾对任何超光速的说法都予以驳斥，但事实很可能会表明这是他一生中犯下的为数不多的错误之一。瑞士科学家日前称，他们在实验中证实，处于纠缠状态的亚原子粒子，它们之间信号传输的速度要远远超出光速。

　　在8月14日出版的最新一期《自然》杂志上，瑞士的5位科学家公布了他们的这项最新研究成果。瑞士科学家表示，原子、电子以及宇宙空间其他所有的微观物质都可能会表现出异常奇怪的行为，其行为规律可能与我们日常生活中传统的科学规律完全背道而驰。比如，物体可以同时存在于两个或多个场所；可以同时以相反的方向旋转。这种现象也许只有通过量子物理学来解释。量子物理学认为，任何事物之间都可能存着某种特定的联系。发生于某一物体之上的事件，可能同时对其他物体也会产生影响。这种现象称为“量子纠缠”。不管物体之间的距离有多远，同样存在“量子纠缠”的关系。

　　爱因斯坦坚决反对“量子纠缠”理论，甚至将其戏称为“遥远的鬼魅行为”。根据量子力学理论的描述，两个处于纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态。几十年来，物理学家试图验证这种神奇特性是否真实，以及决定它的幕后原因。其实，我们可以运用形象化的说明来解释这种现象。被纠缠的物体释放出某种不明粒子或其他形式的高速信号，从而对其伙伴产生影响。此前，已有实验证实传统物理学领域中某种隐藏信号的存在，从而打消了人们对于这种隐藏信号的种种疑问。但是，仍然有一个奇怪的可能性没有得到证实，即这种未知信号的传输速率可能会比光速还要高。

　　为了证实这种可能性，瑞士科学家开始着手对一对相互纠缠的光子进行实验研究。首先，研究人员们将光子对拆散；然后，通过由瑞士电信公司提供的光纤向两个村庄接收站进行传送，接收站之间相距大约18公里。沿途光子会经过特殊设计的探测器，因此研究人员能够随时确定它们从出发到终点的“颜色”。最终，接收站证实每对相互纠缠的光子被分开传送到接收站后，两者之间仍然存在纠缠关系。通过对其中一个光子的分析，科学家可以预测另一光子的特征。在实验中，任何隐藏信号从此接收站传送到彼接收站，仅仅需要一百万兆分之一秒。这一传输速率保证了接收站能够准确地检测到光子。由此可以推测任何未知信号的传输速率至少是光速的10000倍。

　　爱因斯坦不仅不接受“量子纠缠”的思想，而且还坚持认为不可能存在比光速还要快的信号，任何比光速快的“鬼魅似的远距作用”都是不可思议的。根据1905年出版的爱因斯坦的相对论，他认为没有物体的运动速度能够超过光速。爱因斯坦解释说，光速属于自然界的一个基本常数：对于空间内所有的观察者来说，光速都是一样的。同样是爱因斯坦的相对论解释说，当物体加速时，物体本身的质量增加，而加速需要能量。随着物体质量的增加，维持速度所需的能量也更多。当物体以接近光速运行时，爱因斯坦经过计算说，它的质量将达到无限大，所以要使得物体继续运行的能量也要无限大，而要超过这一极限是不可能的。

　　而科学家们从实验中得到的结论，既可以反驳爱因斯坦的“错误”观点，也可以用来解释同一事物同时出现在不同地点这一奇异现象。爱因斯坦都无法解释的奇怪行为，正是量子物理学的魅力之处。

1.量子纠缠最重要的特点是子系统A和B的状态均处于依赖对方而各自都处于一种不确定的状态。量子纠缠的纠缠是一种客观的、整体的性质。
2. 纠缠态的关联是一种纯量子的非定域的关联，是一种超空间的关联。处于纠缠的两个粒子，无论其距离有多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的状态。即两个粒子间不论相距多远，从根本上讲他们是相互联系的。对一个进行测量必将使另一个产生关联的塌缩。—实验证实
3.量子信息的传递是非定域的、超光速的。量子隐形传态并没有带来超光速通信，因为完成隐形传态必须通过经典通道传递测量结果，没有经典信道，隐形传态根本不传送任何信息。而经典信息传递的最大速度不超过光速。
4.量子纠缠的存在是否意味着存在新的相互作用形式？在物理世界中有四种相互作用，它们之间通过媒介子来传递相互作用，其经典信息的传递速度不会超过光速，而量子信息的传递速度是超光速的
构成量子纠缠的两体之间的作用仍然是物理作用，只不过不同于定域物理作用。如果相互作用的发生不需要媒介子，而是通过空间的某种性质来实现的，那么相互作用的传递就可能使非定域的、超时空的，它不依赖于空间变数而表现出来的一种性质。那么空间的这种性质其物理机制是什么？现有的理论能否解释？时空是物质的广延（广义相对论），这种作用是否有一定的规律（类比于“物质”的能量、动量守恒）而守恒源自对称性，那么是否由于某种对称性导致了纠缠的这种特性
备注
一、Einstein定域实在论
“Can Quantum Mechanics description of physical reality be considered complete?”  Phys. Rev. 47, 777 (1935)。
    一个完备的物理理论应当满足下列两个条件：其一，物理实在的每一个要素在这个理论中都应当有其对应物；其二，如果不以任何方式干扰系统，而能肯定预言一个物理量的数值，那就意味着存在一个与此物理量对应的实在要素。这个常说的“定域实在论”包含两个要素：“物理实在论”和“相对论性 定域因果律” 。详细说即是
a) 定域因果性观点。类空间隔事件彼此不干扰。
b) 可观测物理量无干扰时的客观确定性。

根本分歧产生于Einstein等人未能理解：
1.QT中自旋态的构造、塌缩与关联塌缩都是非定域的。这种非定域性已经将两个子系统联结成为相互依赖对方的统一系统。而各自处于客观上就是不确定的状态。
2.对同一个态进行不同测量，会造成不同塌缩，将得到不同结果，给人以不同的形象。

“Einstein定域实在论”的错误共计三条：
1.将物理量的客观实在性简单化地理解为物理量的客观单值确定性。从而要求任何状态下微观粒子的可观测量都必须客观上为定域单值确定的。不承认量子纠缠所造成的客观不确定性，不承认相干叠加造成测量塌缩的不确定性。
2.不承认量子态内禀的空间非定域性，对测量塌缩持定域的观念，否认纠缠在量子测量的塌缩——关联塌缩中的空间非定域作用。
3.不理解同一量子态经受不同种类测量会有不同样的分解塌缩，并显现不同样的测量结果。

迄今，实验已证实的是：
1) QT态叠加原理预言是正确的：量子纠缠能够造成可观测量（即便不受干扰）在客观上就是不确定的。
2) 迄今实验未能肯定或否定隐变数存在。即目前还不能肯定QT描述是否完备。也即，还不清楚叠加纠缠中所包含的、单次测量塌缩中所表现的或然性的本质。就是说，迄今还不能肯定“上帝是玩、还是不玩掷骰子”。
3) 自旋态的构造以及自旋态的塌缩都是非定域的，不是定域的。实验一再明确支持：整个QT 在状态叠加、量子纠缠与量子测量中，塌缩与关联塌缩时所体现出的空间非定域性。考虑到隐变数存在与否尚未定论，EPR佯谬中成问题的只是在相对论性定域因果律统罩之下的定域实在论。或者更谨慎地说为：迄今实验一直否定定域形式下的实在论观点。追究这类非定域性的根源，它们来自微观粒子的内禀性质——波粒二象性；而在实验测量中，则表现为塌缩与关联塌缩间的一种奇妙的超空间的关联。

注解
1. 空间非定域性
一个物理量，或是一种相互作用，如果它的数值或进行过程不仅依赖于当时当地的时空变数，而且还以一定方式依赖于别时别地的时空变数，就称它为非定域的量，或是非定域作用过程。

2. Bell不等式对经典和量子的划分不清晰、不彻底：破坏不等式只是存在量子纠缠的充份条件，而非必要条件。部分纠缠混态有纠缠但遵守Bell不等式。只对于纯态，Bell不等式的划分才是充要的。

 量子通讯（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。

量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。目前量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。

量子通信系统
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传送和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。
量子通信发展史
1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念;同年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。
1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。