量子纠缠简介
什么是量子纠缠
什么是量子纠缠
量子纠缠是一种量子力学现象，它描述了复合系统（具有两个以上的成员系统）之一类特殊的量子态，此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积（tensor product）。
在某些量子体系中，两个或多个粒子之间存在着非常特殊的联系，使得它们的状态不再被看作是单独存在的，而是相互关联、相互影响的整体。
这种联系被称为“纠缠”，它是一种非常神奇的量子效应，与我们日常生活中的经典物理完全不同，引起了科学家们极大的兴趣和关注。
以上信息仅供参考，建议查阅专业的物理学书籍或者咨询物理学家以获取更全面更准确的信息。
一句话理解量子纠缠
一句话理解量子纠缠
量子纠缠是量子物理学的一个重要概念，它描述的是两个或更多的粒子之间的紧密连接。
两个粒子构成的系统，当任意一个粒子的态发生变化时，另一个粒子也会随之发生变化，即使这两个粒子隔得很远，依然具有这种特性，这种现象叫做量子纠缠。
量子纠缠的概念最初由爱因斯坦和索林等物理学家于1935年提出，后来随着量子相干性的研究不断深入，量子纠缠的概念逐渐得到广泛认可。
量子纠缠把粒子的二进制态分成正和负两种，但它们之间却不能把这种联系割裂开来，而是紧密耦合在一起，这种现象既具有量子对称性，又具有量子不对称性，使它成为物理学家和量子计算机研究中的一个重要话题。
量子纠缠具有强大的应用价值，主要表现在安全通信、量子计算、量子模拟和量子调控等领域。
安全通信方面，利用量子纠缠可以实现极高水平的安全性；量子计算方面，量子纠缠可以用来优化量子计算器，从而提高量子计算器的效率；量子模拟方面，量子纠缠可以实现复杂量子系统的准确模拟；量子调控方面，利用量子纠缠可以控制量子系统的状态，从而获得更多可观测的量子系统。
量子纠缠的发展给量子物理学的研究提出了新的挑战，同时也为量子技术的实际应用带来了新的可能性。
它不仅拓展了人们对量子物理现象的理解，也为未来量子技术的发展提供了新的思路。
简而言之，量子纠缠就是两个或更多粒子之间形成的完全耦合状态，任何一个粒子的态变化都会直接影响另一个粒子，而且即使它们之间隔得很远，
它们依然能够保持联系。
量子纠缠的解释
量子纠缠的解释量子纠缠是指在量子力学中，两个或多个粒子之间存在着一种深奥的联系，称为纠缠。
纠缠的粒子之间无论有多远都会相互影响，即使它们被隔离了也是如此。
这种现象在量子物理学的历史中是最著名的现象之一。
在经典物理中，我们认为物体是彼此独立的，它们的状态可以独立地描述和预测。
但在量子物理中，粒子之间的关系是非常密切的，纠缠状态则涉及到粒子的共同状态。
在量子力学中，任何一个物理系统都可以被用一个波函数来描述。
量子纠缠的最初概念最早可追溯到1935年，在一篇由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的论文中。
该论文研究的是两个粒子纠缠的问题，即使这些粒子被隔离，它们对彼此的状态也有影响。
这个现象是非常神奇的，有时候也被称为“古怪的非局域性”。
一个经典的例子可以帮助我们理解这个概念。
假设你正在玩一种叫做“纠缠魔方”的游戏，其中魔方中心的两个左右旋转的立方体互相影响。
如果你旋转这个立方体，另一个立方体也会跟着旋转。
这种情况与量子物理学中的纠缠状态相似。
在量子纠缠状态中，粒子被描述为一个整体，无论它们距离多远，它们的状态都是相互关联的。
当两个或多个粒子凝聚在一起时，它们的状态就会变得纠缠，无论它们分开多远，它们之间的信息都会相互传递。
量子纠缠状态的研究是十分重要的，因为它可以用于开发各种高级的技术，如量子计算、量子通讯和量子加密。
其中，量子计算是目前最热门的领域之一。
与经典计算机不同的是，量子计算机可以利用纠缠状态来运算，从而使得它们比经典计算机更为快速、高效。
量子通讯也可以利用量子纠缠来进行加密。
在传统通讯中，信息是以可见形式传输的，如电信号或光信号。
虽然传统通讯可以使用加密技术，但它们仍然会面临被窃取的风险。
与之相反的是，量子通讯可以利用量子纠缠来保护信息的隐私性。
在量子纠缠状态下传输的信息是不可见的，即使它被窃取也不会产生影响。
除了在科学和技术领域的应用，量子纠缠状态还有着哲学上的启示。
它提出了一种全新的关于宇宙和现实的方法。
量子纠缠学
量子纠缠学量子纠缠学是一种由量子力学概念衍生出来的新颖学科。
该学科研究的是量子系统中所存在的量子纠缠现象，它被认为是量子力学的核心之一，也是量子计算、量子通信等领域中一个非常基础的问题。
在这篇文档中，我们将从量子纠缠的基本概念、历史背景、实验验证以及一些新的可能应用领域等方面进行详细介绍。
一、量子纠缠的基本概念量子纠缠是指两个或多个量子物体之间因为相互作用而建立起的一种严密的联系。
在这种联系下，当对一个物体的测量结果发生改变时，另一个物体的状态也会随之改变。
这种关系被称为“纠缠”关系，也可以被理解为“相互依存”的关系。
量子纠缠学的研究范围不仅包括两个粒子之间的量子纠缠，还包括任意数量的粒子之间的量子纠缠。
在量子系统中，因为物质本身的双重性质（波粒二象性），一部分的粒子属性在任何时候都不会被确定。
在这种情况下，每个波函数描述的量子系统都可以是相互纠缠的。
举个例子，当两个相互纠缠的粒子被分离后，它们的相关状态仍然是连通的，其中一个粒子的状态的任何变化都会影响另外一个粒子的状态。
这一点和经典物理学是不同的，因为在经典物理体系中只有局部性，即物体之间的关系是相对独立的，而不存在量子纠缠的概念。
二、历史背景量子纠缠作为一个新颖的物理现象，最早可以追溯到1935年的爱因斯坦-波多尔斯基-罗森(EPR)论文。
他们提出了一个思想实验，通过分析“虚拟的”A和B之间会发生的超距纠缠效应，宣称量子力学中存在一个“不完整性”，即粒子存在“超距连接”，而爱因斯坦认为核心概念“本地性”受到了威胁。
然而，这一思想在当时并没有引起太多的关注。
1951年，年轻的物理学家David Bohm利用了EPR论文的思想，并提出了“隐藏变量”理论，通过该理论推导出与量子力学预测的结果基本等价的物理量，并且可以使该理论满足本地性这个要求。
但是，Bell定理在1964年被提出，证明了量子力学现象不可能由“局部隐变量理论” 解释，这是郎格朗日学派物理学家阿尔伯特·爱因斯坦、波多尔斯基以及诺曼·罗森[LW1]认为的经典性质。
量子纠缠（科学）—搜狗百科
量子纠缠（科学）—搜狗百科定义量子纠缠量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象，虽然粒子在空间上可能分开。
在物理学中，量子纠缠是指存在这样一些态:A,B,C，…，在t时，它们的状态由Hibert空间HA，HB，HC...，中的矢量|Ψ(t)>A，|Ψ(t)>B，|Ψ(t)>C,…所描述，由A，B，C空间构成的量子系统ABC则由Hibert空间HABC...=.HA×HB×HC...中矢量|Ψ(t)>A，|Ψ(t)>B，|Ψ(t)>C所描述，则这样的态被称为比Hibert空间的直积态，否则称态|Ψ(t)>A，|Ψ(t)>B，|Ψ(t)>C,.…是纠缠态，也就是说，如果存在纠缠态，就至少要有两个以上的量子态进行叠加。
量子纠缠说明在两个或两个以上的稳定粒子间，会有强的量子关联。
例如在双光子纠缠态中，向左（或向右）运动的光子既非左旋，也非右旋，既无所谓的x偏振，也无所谓的y偏振，实际上无论自旋或其投影，在测量之前并不存在。
在未测之时，二粒子态本来是不可分割的。
时>现象解释量子纠缠所代表的在量子世界中的普遍量子关联则成为组成世界的基本的关联关系。
或许用纠缠的观点来解释“夸克禁闭”之谜。
当一个质子处于基态附近的状态时，它的各种性质可以相当满意地用三个价夸克的结构来说明。
但是实验上至今不能分离出电荷为2e/3的u 夸克或（-e/3）的d夸克，这是由于夸克之间存在着极强的量子关联，后者是如此之强，以至于夸克不能再作为普通意义下的结构性粒子。
通常所说的结构粒子a和b组成一个复合粒子c时的结合能远小于a 和b的静能之和，a或b的自由态与束缚态的差别是不大的。
而核子内的夸克在“取出”的过程中大变而特变，人们看到的只能是整数电荷的，介子等强子。
同一个质子，在不同的过程中有不同的表现，在理解它时需要考虑不同的组分和不同的动力学。
什么是量子纠缠
什么是量子纠缠什么是量子纠缠？近几十年来科学家们越来越多地关注它，但是它却又是一个非常晦涩难懂的概念。
本文旨在介绍量子纠缠，帮助读者彻底理解它。
一、什么是量子纠缠量子纠缠是量子力学中的一种现象，它表现为两个相关量子之间的一种特殊的相互关系。
它指的是两个或更多的粒子之间的有效的，长距离的联系，这种联系使得它们之间仿佛存在着一种不可见的关联，其中每个粒子的状态都会影响另一个粒子的状态。
量子纠缠的研究可以看作是量子物理学中最精彩的一部分，它具有丰富的基础理论及应用后果。
二、量子纠缠的角度和深度一般情况下，量子纠缠可以从物理学、历史学和数学几个不同的视角来解释。
\（1）从物理学的视角来看，量子纠缠是由粒子间相互作用引起的，这种互相作用可以用原子的能量和动量的有序共振来描述，两个原子之间一旦产生了相互作用，它们将会进入纠缠状态，并且这种纠缠状态可以维持非常长的距离。
（2）从历史学的视角来看，量子纠缠最早是由德国物理学家鲁道夫·费曼发现的，他在1935年提出了“费曼原理”结论，指出位于不同物理位置上的原子仍然能够以精确的方式相互影响，这也是量子纠缠的最初定义。
（3）从数学的视角来看，量子纠缠建立在复杂的Bell置换的数学基础之上，它利用空间位置不平衡的原理，实现了两个原子之间的联系，其纠缠可以像真实世界一样，跨越空间和时间，它也可以用来创建完全安全的量子密钥，实现量子加密。
三、量子纠缠的应用（1）量子纠缠的应用非常广泛，它可以用来建立安全的量子密码机制，量子密码具有抗窃听性和不可复制的特点，从而可以用来加强量子通信的安全性。
（2）量子纠缠还可以用来构建量子计算机，通过量子纠缠的影响，系统将可以实现远比现有算法更复杂的操作，这样一来，它能够解决传统计算机所面临的各种复杂科学问题和实际工程领域的复杂运算问题。
（3）量子纠缠还可以用来开发实验性的物理定理，如量子力学的非局域性、量子隐私或者量子重量传输等，从而实现量子科学的探索性研究。
物理学中的量子纠缠是什么
物理学中的量子纠缠是什么量子纠缠是量子力学中一个重要的概念，它描述了量子系统中两个或多个粒子之间的非经典的相互关联关系。
量子纠缠是一种特殊的状态，其中粒子之间的状态不能被单独描述，必须引入整个系统的波函数来描述它们。
一、量子纠缠概述量子纠缠是一种量子力学中的非局域性现象，其概念由薛定谔于1935年提出，并以爱因斯坦、波尔和薛定谔的三人争论著名。
简单来说，当两个或多个系统处于纠缠态时，它们的状态之间存在相互依赖、相互关联的关系，无论它们的距离有多远，即使是宇宙的两个角落，它们之间的相互作用也是瞬时的。
二、量子纠缠的具体表现量子纠缠的具体表现主要有以下几种形式：1. 正交纠缠当量子系统处于正交纠缠态时，系统中的不同粒子之间的测量结果是完全相关的。
例如，如果两个粒子A和B都处于正交纠缠态，且当A的自旋向上时，B的自旋就会向下，反之亦然。
2. 相位纠缠在量子纠缠中，粒子的相位也可以发生纠缠。
当两个粒子的相位纠缠时，它们的相位存在某种非经典的关联，测量其中一个粒子的相位将会立即影响到另一个粒子的相位。
3. 可观测量的纠缠量子纠缠也可以在可观测量上产生影响。
当两个粒子处于纠缠态时，它们的可观测量之间存在某种关联。
例如，两个处于纠缠态的粒子的自旋总和为零。
三、量子纠缠的应用量子纠缠具有许多重要的应用，其中最著名的是量子纠缠在量子通信和量子计算中的应用。
1. 量子通信量子纠缠在量子通信中起到了关键的作用。
通过传输纠缠态的方式，可以实现量子加密通信和量子密钥分发等任务。
量子通信利用了量子纠缠的非局域性，可以实现超越经典通信的高效率、高速度和高安全性。
2. 量子计算量子纠缠是量子计算的基础。
通过利用量子纠缠，可以实现量子比特之间的并行计算和量子态的储存与传输。
量子计算的关键在于利用量子纠缠的特性进行计算与数据处理，可以大幅提高计算效率。
3. 量子纠缠的基础研究除了在量子通信和量子计算中的应用，量子纠缠的基础研究也是物理学的重要领域之一。
量子纠缠和量子计算原理及应用
量子纠缠和量子计算原理及应用随着科技的不断进步，人们对于物质世界的认识也在不断深入，其中涉及到的一些理论，如量子理论，正在成为物理学、信息科学、材料科学等领域的焦点。
其中，量子纠缠和量子计算这两个概念就是量子理论中比较重要的一环，也是相关研究的热点和难点之一。
1. 量子纠缠量子纠缠（quantum entanglement）是量子力学中的一个重要概念，指的是两个或多个粒子在某些特定状态下的关联性。
这种关联性表现为，两个粒子的状态发生变化时，它们的状态变化是相互关联的，可以被远距离感应。
因此，一旦发生纠缠，这种关系会一直持续下去，即使两个粒子之间的距离很远，它们依然会保持着纠缠的状态。
量子纠缠的存在可以被用于纠错、协议式量子密码等诸多应用。
但同时，它也是导致量子理论中许多悖论的罪魁祸首。
例如，在量子纠缠的状态下，两个粒子之间的相互作用和测量结果，与粒子所处的空间位置和时间等因素无关，导致了德布罗意-玻姆的干涉实验和贝尔不等式等课题的涌现。
这些理论和实验研究，都在深入探究量子纠缠相关原理的同时，也促进了量子计算等领域的潜力发展。
2. 量子计算量子计算（quantum computing）是指利用量子力学中的叠加态、纠缠态等特性，用于计算、存储、传输信息的一种新型技术方法。
在应用上，量子计算可以对于那些在经典计算机上难以处理的复杂问题，如大数据分析、加密通讯、人工智能、高性能计算等，提供一种有效而快速的解决方案。
量子计算和传统计算机之间主要的差别在于，传统的计算机通过二进制（0和1）的状态进行计算，而量子计算则借助于量子比特（qubit)的特性实现计算。
量子比特具有的叠加态和纠缠态特性，可以极大地提高计算的效率，并解决一些复杂问题。
但同时，由于量子比特的长时间存在性和稳定性比传统计算机难以保证，现代科技界仍然需要不断研究，以完善量子计算的技术。
3. 量子纠缠和量子计算的应用量子纠缠和量子计算的理论和应用价值是巨大的，涉及到物理学、数学、信息学、材料学、生物学等领域。
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3.量子信息的传递是非定域的、超光速的。但是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。
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
Thank
You！！
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
事实上，量子纠缠并非信息传递，而且信息也不可能从一个粒子 传到另一个粒子。即使用光速将它们分开，信息也不可能在你测 量时从一个地方传到另一个地方。
在两个（多个）量子级别的粒子的系统中，当其中一颗被操作而 状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化 ，无论距离 有多远。我们称之为量子纠缠子系统的非定域非经典的关联。
图6 量子通信网络示意图
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
2.量子计算—量子计算机
量子计算机是以量子力学为基础，运用量子信息学，构建一个完全以 量子位为基础的计算机芯片。
表一
传统计算机与量子计算机的比较
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
量子计算机的优点： ①数据处理同时完成，极大地提高了计算机的运行速度 ②微型化，高度集成化，体积大大缩小，有效地减少了计算机的功耗
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
最新的研究成果
目前，在量子密码术实验研究上进展最快的国家为英国、瑞士和美国。
1.瑞士日内瓦湖底的量子密码实验（67公里）
图7 日内瓦量子密码实验图
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
2.2004年我国建立一条从北京到天津长125公里的试验性光纤量子通信 密码线路。 3.2007年，郭光灿领衔的研究团队在北京成功试验了“量子路由器”， 并获得了美国授权专利。
图8 中科大建立的6.4公里量子保密通信演示系统
图9 城际量子保密通信系统
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
四、总结与思考
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。
量子纠缠态的制备
目前，主要通过激光泵浦非线性光学晶体的自发参量下转换(SPDC)过程来 制备光量子纠缠态。 泵浦光的光子能在适当条件下在某些非线性晶体中同时产生一对下转换光 子。这个过程遵循能量守恒和动量守恒，从而产生时间、空间、频率上纠 缠的双光子态。
图2 参量下转换产生纠缠光子对
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
1.量子通信—量子隐态传输
基本思想：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（电话等）和量子通道传送给接收者。 最终将原物信息—某个粒子的未知量子态传到接收方，在这个过 程中传送的是原物的量子态而非原物本身，故称隐态传输。
图3 量子隐态传输的示意图
东南大学电子科学与工程学院
2007年，加拿大计算机公司D-Wave展示了全球首台量子计算机 “Orion（猎户座）”。虽然当时只是一台能通过量子力学解决 部分问题的原型机，不过也让我们看见了量子计算机的曙光。
2007年，中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组宣布成功制 备了国际上纠缠光子数最多的“薛定谔猫”态和单向量子计算机， 刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录。九月，该小组 利用光子“超纠缠簇态”演示了单向量子计算的物理过程，实现 了量子搜索算法。
东南大学电子科学与工程学院 2013-11-3
3.量子保密通信—量子密码术
定义：量子密码术是密码术与量子力学结合的产物，它利用了 系统所具有的量子性质。 量子密码的绝对安全性：
1.以单光子（量子）携带信息，不怕敌人分取信息。
2.量子不可克隆定律：不存在任何的物理过程可以精确地复制未 知量子态，可以保证不可能拷贝信息。（其实质是测不准原理）
3. 2007年开始，中国科技大学和清华大学的自由空间量子通信实验 将通信距离从数百米记录一步跨越到16公里，成功实现了世界上最 远距离的量子态隐形传输，证实了量子态隐形传输穿越大气层的可 行性。
4. 2012.08.09，中国科技大学的研究人员再次创造了新纪录，将通 信距离扩大到了97公里。
图5 中科大潘建伟教授
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
量子密钥分配方案： 1.偏振编码：最初的量子密码通信利用的都是光子的偏振特性，在 长距离的光纤传输中，光的偏振性会退化，造成误码率的增加。
2.相位编码：目前主流的实验方案则用光子的相位特性进行编码。 与偏振编码相比，相位编码的好处是对光的偏振态要求不那么苛刻。
1-3
量子通信发展中的中国贡献 1.1997年年底包括潘建伟在内的奥地利研究小组首先在实验上演示成 功这种量子隐态传输。
图4 首次实现隐态传输的科研小组
2.中科大潘建伟研究小组首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交 换，实现了“量子中继器”，向量子通信网络的最终实现迈出了 坚实的一步。
东南大学电子科学与工程学院 2013-11-3
◊ 1997年年底奥地利研究小组首先在实验上演示成功了量子隐 形传态。 ◊ 如今，量子纠缠的不仅仅用于检验基本理论的完备性，而且 随着量子信息科学的开展，量子纠缠态被用于量子密钥分配、 量子隐形传态、量子计算等领域。
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二、量子纠缠的含义
定义： 量子纠缠是一种量子力学现象，它是描述复合系统（具有两个以上 的成员系统）这一类特殊的量子态，此量子态无法分解为成员系统 各自量子态之张量积。 理解： 量子纠缠是存在于多子系量子系统中，对其中一个子系统的测量结 果无法独立于对其他子系统的测量参数，这些参数有内在的联系。
量子纠缠简介
主讲人： 制作人：
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
主要内容
1.量子纠缠理论的发展过程 2.量子纠缠的含义 3.量子纠缠态的应用 4.总结与思考
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2013-11-3
一、量子纠缠的发展历程
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◊ 1982年Aspect用实验验证Bell不等式的不正确性，从而推翻了 决定论的局域隐变量理论。
量子计算机发展存在的困难：
①多自由度系统环境中小系统的量子耗散 ②量子退相干效应（量子比特与外部环境发生作用使量子相干 性衰减） ③量子固体电路如何在常态（常温、常压等）中运行量子态
东南大学电子科学与工程学院 2013-11-3
量子计算机发展现状 量子器件包括量子晶体管、量子存储器、量子阱激光器等的研制 成功为量子计算机的研制创造了条件。
东南大学电子科学与工程学院
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三、量子纠缠的应用
量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的 基本问题，在量子计算和量子通讯等研究中起着重要的作用。
1.量子通信—量子隐态传输 2.量子计算—量子计算机
3.量子保密通讯—量子密码术
东南大学电子科学与工程学院
2013-11-3
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相关实验 1982年，法国物理学家Alain Aspect证实了微观粒子之间存在着 “量子 纠缠” 的关系。 在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系： 不管它们被分开多远，对一个粒子扰动，另一个粒子（不管相距多远） 立即就知道了，仿佛两个粒子拥有超光速的秘密通信一般，似与狭义 相对论中所谓的局域性相违背，爱因斯坦斥之为“鬼魅的远距作用”。