量子纠缠的速度是否超过光速？

2024-05-27 约 1095 字预计阅读 3 分钟次阅读

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“超距且瞬时（超光速）”的相互作用是一种过时的观点。根据狭义相对论，类空距离的事件之间不存在任何相互作用。学界的主流观点是将量子态和测量基矢共同作为 reality，这叫做互文性。非局域性是互文性的一个推论。

正文：

讨论量子纠缠的”速度”是没有意义的。

如果两个测量事件 a 和 b 之间的距离是类空的，那么 a 既不在 b 的过去，也不在 b 的未来。

这是因为，在狭义相对论中，如果 a 和 b 的距离是类空的，那么 a 在 b 的过去还是未来取决于观察者的参考系。因此 a 和 b 之间没有确定的时序，从而也不可能有因果关系。

此时我们应当说：a 和 b 的测量结果之间呈现出非局域的关联，而不是 a 的测量结果会影响到 b 的测量结果，或者 b 的测量结果会影响到 a 的测量结果。

具体看下图：

在上图中，a 和 b 两个事件在彼此的光锥之外，它们之间是不存在任何相互作用的，真正存在的是它们的测量结果之间的关联。

关联不难理解，因为它们都来源于一个贝尔对。

真正难以理解的是：当你改变测量基矢时（参考各种 Bell test 实验），你会发现这种关联也取决于测量基矢，即随着测量基矢的变化而变化。这导致以下几件事情至少有一个成立：

量子态 $|\psi\rangle$ 本身是不完备的，不能完全描述现实（reality）。只有在测量基矢 $\mathsf{E}$ 确定时， $(|\psi\rangle,\mathsf{E})$ 才是完备的。这就是互文性（contextuality），即 reality 仅当测量基矢确定后才存在，在此之前不存在。此时非局域性是互文性的一个推论。
如果你坚持局域且非互文的 reality 是存在的，并且提出一个局域且非互文性的隐变量理论，那么你就要接受负概率出现在这种理论中。此时你的理论不能用经典概率论来描述，而是要用 non-Kolmogorov 的概率论。
如果你认为负概率本身就违反 reality ，那就回到第一点。

第一点提到的互文性是目前学界的主流。现在有越来越多研究互文性的文章，应该算是量子信息研究中的一股小小的潮流吧。

互文性的核心思想就是：quantum reality 仅当测量仪器给出时才存在。有些人也把这个叫做sub-reality 或者 contexual reality。因此个人认为互文性这个翻译不是很好，应该叫做“语境依赖性”。“语境”在这里指的就是测量仪器。

但遗憾的是，相当一部分学者仍然不了解互文性，大部分标准教材中也没有介绍互文性，更不用指望它们出现在科普与大众文化中了。不过这也可以理解：互文性是上世纪 90 年代才提出的概念，比贝尔晚了 30 年，在一定程度上属于学术前沿。

总结：“超距且瞬时（超光速）”的相互作用是一种过时的观点。根据狭义相对论，类空距离的事件之间不存在任何相互作用。学界的主流观点是将量子态和测量基矢共同作为 reality，这叫做互文性。非局域性是互文性的一个推论。

参考