深度长文：什么是量子纠缠？该如何通俗理解？

物理学上，量子纠缠是这样定义的。当两个或多个粒子发生相互作用后，单个粒子所拥有的特性会综合成整体性质，因此就无法单独描述单个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，这种现象就被称为“量子纠缠”。

量子纠缠是量子世界里非常诡异的现象之一，这个概念最早是从EPR佯谬中引导出来的。

EPR佯谬中的“EPR”是三位物理学家名字的首字母，分别是爱因斯坦，波多尔斯基和罗森，三人在1935年提出一个著名的思想实验，就是EPR佯谬。这个思想实验的目的很单纯，就是为了论证量子力学的不完备性，一定存在还未被发现的定域性隐变量。定域性，通俗理解就是“光速限制”。非定域性，就是指“超距作用”，突破光速限制的相互作用。

具体来讲，是这么回事。

一个系统里有两个粒子，分别位于相距遥远的两个地方。按照以玻尔为首的哥本哈根学派的诠释，在没有对系统里的两个粒子进行观测前，粒子一直处于叠加态，我们无法确定粒子的具体状态，比如说到底是上旋还是下旋等。

事实上，系统里的粒子同时处于“上旋和下旋”的叠加态，也就是“既是上旋也是下旋”。当我们想看看这种叠加态到底是一种什么状态时，被观测的粒子瞬间就会发生坍缩，从叠加态坍缩为本征态，也就是确定状态，要么上旋，要么下旋。而系统里另外一个粒子即便没有被观测，其状态也瞬间确定下来，刚好与被观测粒子的状态相反。

这说明了什么呢？说明不管两个粒子相距多远，哪怕几千光年，我们只要观测到其中一个粒子的自旋状态，比如说向上，那么瞬间就知道另外一个粒子的状态，肯定是向下的，好像两个粒子之间发生了“超距作用”。而一旦实施了观测行为，两个粒子之间的纠缠关系就结束了！

爱因斯坦甚至称之为“鬼魅般的超距作用”，因为这种作用方式看起来违反了狭义相对论中的光速限制，违反了定域性。由此，爱因斯坦认为量子力学是不完备的，他认为一个系统里的两个粒子在没有被观测前就已经处于本征态（确定状态），而不是所谓的叠加态，人们的观测行为只是观测到了早就存在的状态罢了。

具体来讲，爱因斯坦的诠释可以这样理解。打个比方，有一副手套，分别被装在两个密封的箱子里，然后被放置在相距100亿光年的两个地方。我们只需要打开其中的一只手套，发现是左手套，那么立刻就能知道100光年外的另一只手套是右手套。

也就是说，两只手套的状态其实早就确定了，只是我们不知道而已，我们的观测行为当然也不会影响到手套的状态。

但是以玻尔为首的哥本哈根学派则不那么认为。按照哥本哈根诠释，叠加态是量子力学的核心思想。

而另外一位物理学大佬薛定谔也站在了爱因斯坦这边，还提出了著名的思想实验“薛定谔的猫”来讽刺哥本哈根学派的“叠加态”。

玻尔坚持认为，在没有观测之前，粒子确实处于叠加态。假设小明在其中一个粒子旁边，小李在100亿光年外的另一个粒子旁边。小明旁边的粒子，看到粒子是上旋，当然瞬间也知道了100亿光年外的粒子肯定是下旋。

但是这个过程并不会传递任何信息，小明并不能瞬间让小李知道他身边的粒子是下旋，而只能通过经典信息传递方式向小李传递信息，这个过程需要花费100亿年。

当然，由于小明实施了观测行为，在观测一瞬间两个粒子的纠缠状态就消失了，叠加态也消失不见。所以当小李在观测它身边的粒子时，会看到粒子确实是下旋。但小李获得的“粒子是下旋”的信息并不是小明告诉他的，最重要的是，小李根本不可能知道自己看到粒子下旋的状态，是否是因为小明实施了观测导致的，为什么？

因为，无论小明是否实施了观测，小李想要知道他身边粒子的状态，也只有通过观测。而不管他身边的粒子状态是“叠加态”还是本征态，小李都只能看到最终的本征态！

总而言之，玻尔认为，量子力学一定是完备的。

那么爱因斯坦和玻尔到底谁对谁错呢？两人为此争论了几十年，也没有最终的定论，谁也没有说服谁。

不过有一点大家不要误解，两人争论的焦点是“量子力学的完备性”，而不是量子力学是否存在。实际上无论是爱因斯坦和玻尔，都认同量子纠缠的存在，只是对量子纠缠的解释不同罢了。

时间来到了1964年，著名物理学家约翰贝尔提出了著名的“贝尔不等式”，关于这个不等式之前的科普文中有详细介绍，这里就不再详述了。总之就是，如果贝尔不等式成立，那么爱因斯坦就对了，定域性隐变量存在。如果贝尔不等式不成立，那么哥本哈根学派就对了，隐变量就不存在。

在之后的几十年时间里，科学家们做了很多实验来验证贝尔不等式，结果表明，该不等式并不成立，也就是说爱因斯坦错了，定域性隐变量是不存在的，玻尔为首的哥本哈根学派对了，量子力学是完备的。

也就是说，实验结果表明，量子纠缠中确实存在某种“超距”作用，物理现象并非都是定域性的，可以是非定域性的。

不过，并不是所有人都支持验证贝尔不等式的实验结果，不少人都认为实验过程都是有漏洞的，认为这样的实验根本证明不了量子纠缠是真实存在的物理现象。

但现实是这样的，科学家们早就通过不同方式实现了光子的纠缠态。比如说早在2017年我国的量子科学实验卫星墨子号，就实现了两个纠缠光子被分发到1200公里的距离之后，仍可保持纠缠态，这也再次检验了贝尔不等式，是一次相对完善的太空实验。

完！