网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

只因在人群中多看你一眼,建立多少纠缠?

0
分享至

送你一粒量子纠缠

在人群中多看你一眼,建立多少量子纠缠?

“看”的媒介是光,光的“基本单元”是光子。所以,我们希望讨论每个光子,在我们之间建立的纠缠(你发出的光子,无论是打在我的视网膜上,还是后脑勺上,都会与我建立纠缠;并且量子纠缠不是“孤单思念”,而是“相互羁绊”。我与你建立纠缠,等于你与我建立纠缠,都是我们之间的纠缠)。

光子携带偏振的信息,也携带与方位相关的信息。如果我们只考虑偏振,结果很简单,一个光子最多可以在我们之间建立一个比特的量子纠缠。如果考虑频率,能不能传输更多的信息?

乍一看的话,由于频谱是连续的,应该可以携带无穷多的信息,但其实并不是这样的。想象一下你正在用一套彩色灯光向远方的人发送信号,但是你不会尝试使用所有无限多种颜色,因为对方很难分辨两种非常相近的颜色。所以即使用连续频谱来传输信息,对方所能获取的信息依然存在一个上限[1]。

看到这里,你可能有个疑问:量子纠缠听起来很“高大上”,难道量子纠缠不是只能在精密的量子实验室里进行吗?在大街上也行?

其实,受控的量子纠缠之所以难以实现,恰恰是因为量子纠缠太容易了:一粒灰尘“多看了”你的实验设备一眼,灰尘和你的实验设备就建立起了纠缠。而量子纠缠有一个“一夫一妻制”定理:当灰尘和实验设备的一部分纠缠,实验设备各个部分间的纠缠就会减弱。所以,量子计算机里,我们精确操控量子纠缠如此之难,最重要的难点,就是要尽量减少量子计算机和环境之间不受控的纠缠。

能通过“虚粒子”产生量子纠缠吗?

除了通过接收光子实现的视觉,我们的听觉、嗅觉、味觉、触觉,都是通过原子间的力实现的。原子间的力,归根结底都是电磁力。物理实验仪器,除了接收光子以外,其它部分也往往是通过原子、电子运作的,也可以归结到电磁力。

你可能听说过,电磁力相当于物体之间传递“虚光子”。那么,这种“虚粒子”的传递,也可以产生量子纠缠吗?

可以。并且,如果只需要定性理解,其实我们提问题的方式有点故弄玄虚:“通过电磁力的量子纠缠”,或者说“通过虚粒子进行量子纠缠”,通常可以通过更简单的方式来理解:例如我碰你一下,我的位置不确定性,就和你纠缠上了。这种“碰”,虽然归根结底是电磁力(更准确地说,是电偶极矩等“电磁相互作用的剩余相互作用”,衰减较快,是短程力,所以才可以用接触相互作用近似),但是可以近似成直接接触(如下图,完整的过程应该用左侧的图来刻画,但是在能标较低的情况下可以近似处理为直接接触,如右图所示)。这种近似的方式,可以推广到“有效场论”方法(有效场论是基础物理中,理解世界最强大的方式,这里就不展开介绍了)。

所以,在“虚粒子”的一些简单情况下,我们可以用有效场论,把这个虚粒子“精简掉”,直接研究量子纠缠。而在“实粒子”,例如发射光子的情况下,我们可以用光子包含的量子信息进行研究。那么,能否把传递量子纠缠的“虚粒子描述”和“实粒子描述”统一到同一个框架中,并且可以研究介于两者之间的过渡情况呢?

实粒子的纠缠,虚粒子的纠缠,

如何统一描述?

通过“实粒子”和“虚粒子”产生的纠缠,可以通过基本粒子之间的费曼图(以及费曼图背后的理论:量子场论)描述。费曼图中间“传递相互作用”的粒子,体现为费曼图的一条内线。如果这条内线对应的粒子,近似满足爱因斯坦质能关系E =γmc2,就趋近于实粒子,否则就是虚粒子。

这样,我们“统一虚实粒子量子纠缠”的问题,就归结为,费曼图中,一条内线能传递多少量子信息?例如,下图中,标记动量符号q的内线,传递了多少量子信息?在[2]中,我们通过研究传播子(即内线的数学表达式)给出了答案。如图所示,我们考虑的是红色与蓝色两块区域之间的量子纠缠,而这两个子区域只通过这根标记动量符号q的内线连接起来。于是比较简单地来说,这根内线建立起了两个子区域之间的纠缠。

在[2]中,我们通过分析传播子的数学形式,发现量子纠缠随能量变化的规律可分为三个区域,我们可以通过简单的比喻来理解这三种情况。

  1. 低能区(² ≪ ²)

想象一下,在这个区域,所有的中间粒子都是“虚拟”的(虚粒子)。这些虚粒子不受爱因斯坦质能关系的约束,所以可能形成更多种纠缠联系。随着总能量(ₜ)的增加,这种纠缠的程度也会随之增加,就像聚会上,人越来越多,大家的互动也会变得更加频繁和丰富。在下图中,表现为第一段逐渐上升的曲线。

2. 共振区(² ≈ ²)

当我们进入共振区时,情况发生了变化。此时,中间粒子变得“真实”起来,因为此时参与反应的能量已经足够使得真实粒子生成。此时,由于爱因斯坦质能关系的约束开始起作用,可能引起纠缠的方式变少。这就像是在刚才的聚会中,主持人出现了 ,虽然人很多,但由于大家注意力主要放在主持人身上,所以人与人之间的互动变少,导致整体的热闹程度下降。在下图中,我们可以看到这个过程在ₜ≈ 附近显示出一种尖锐的下降。

3. 高能区(² ≫ ²)

最后,当我们进入高能区时,情况又有了新的变化。在这里,纠缠熵又逐渐随着总能量(ₜ)的增加而增加。好比聚会中,主持人讲完致辞,也融入聚会,聚会的热闹程度也就上升了。

通过这三个区域的描述,我们可以看到,粒子之间的纠缠特性如何随着能量的变化而变化。三个能量区间的独特行为,共同构成了粒子物理学中一个引人入胜的故事。

参考文献:

[1] Peter P. Rohde, Joseph F. Fitzsimons, and Alexei Gilchrist, “The information capacity of a single photon,” Phys. Rev. A 88, 022310

[2] C. M. Sou, Y. Wang, and X. Zhang, “Entanglement features from heavy particle scattering,” arXiv:2507.03555 [hep-th] (accepted by JHEP)

来源:墨子沙龙

编辑:Zoey

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

如需转载请联系原公众号

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
哈登24+4+2无缘今日最佳!对不起,你碰到不讲理的约基奇了

哈登24+4+2无缘今日最佳!对不起,你碰到不讲理的约基奇了

微评体育圈
2026-10-12 11:57:55
迪拜首富之女重病赴华寻求中医,中医扎五根银针,开口便让他们傻眼

迪拜首富之女重病赴华寻求中医,中医扎五根银针,开口便让他们傻眼

萧竹轻语
2025-10-13 11:40:11
小米打响价格战,9000mAh+防水大满贯,512GB国补后仅1784元

小米打响价格战,9000mAh+防水大满贯,512GB国补后仅1784元

小愚测评
2026-10-11 23:42:20
中国大满贯落幕,国乒18位女选手奖金分配出炉,王曼昱收入创纪录

中国大满贯落幕,国乒18位女选手奖金分配出炉,王曼昱收入创纪录

南海浪花
2026-10-11 19:00:57
撕破脸了!伊朗警告巴基斯坦:你敢派兵帮沙特,我就直接打你本土

撕破脸了!伊朗警告巴基斯坦:你敢派兵帮沙特,我就直接打你本土

阿器谈史
2026-10-11 17:35:27
铁矿预警:真实经济的裂缝已现

铁矿预警:真实经济的裂缝已现

周子衡
2026-10-12 00:03:27
二十一大马上召开,为什么现在重提77年前“两个务必”呢?

二十一大马上召开,为什么现在重提77年前“两个务必”呢?

坠入二次元的海洋
2026-10-12 16:06:28
我对他们很悲观

我对他们很悲观

细雨中的呼喊
2026-09-16 11:15:26
19岁即巴萨主力!全欧洲豪门盯上拉玛西亚天才,8000万欧不卖

19岁即巴萨主力!全欧洲豪门盯上拉玛西亚天才,8000万欧不卖

友谊第一
2026-10-12 15:04:06
强烈建议中老年:如果不差钱,尽量多吃这3种早餐,强过吃稀饭馒头!

强烈建议中老年:如果不差钱,尽量多吃这3种早餐,强过吃稀饭馒头!

江江食研社
2026-10-11 15:30:16
尊界踏板三连断背后:供应商给3000N,设计却做了让步

尊界踏板三连断背后:供应商给3000N,设计却做了让步

砼话里都是骗人的
2026-10-11 12:01:04
何超欣章泽天F1赛场同框!两人穿搭在线,白富美与豪门贵妇都很美

何超欣章泽天F1赛场同框!两人穿搭在线,白富美与豪门贵妇都很美

明星私服穿搭daily
2026-10-12 11:36:05
交易员“小侠”自曝宇树科技亏损200万:认错止损了,短期之内不会再买回来

交易员“小侠”自曝宇树科技亏损200万:认错止损了,短期之内不会再买回来

金融界
2026-10-12 13:39:07
社区免费体检没人去?真相不是老人糊涂,是怕得明明白白

社区免费体检没人去?真相不是老人糊涂,是怕得明明白白

偷喝一口奶
2026-08-31 08:26:56
执掌前海的市委常委主动交代问题,他的起点,是大学讲台

执掌前海的市委常委主动交代问题,他的起点,是大学讲台

叮当当科技
2026-10-12 11:54:45
今天开播,40集民国虐恋剧湖南卫视来袭,阵容强大、原著很火,有黑马潜质

今天开播,40集民国虐恋剧湖南卫视来袭,阵容强大、原著很火,有黑马潜质

娱君坠星河
2026-10-12 08:50:39
宁波95后姑娘举办“四无婚礼”,无接亲、无婚车、无司仪、无跟妆和摄影,甚至伴郎伴娘都没请!新娘父亲一句“吃好喝好”直接开席

宁波95后姑娘举办“四无婚礼”,无接亲、无婚车、无司仪、无跟妆和摄影,甚至伴郎伴娘都没请!新娘父亲一句“吃好喝好”直接开席

环球网资讯
2026-10-11 13:12:09
佟丽娅跑到烟台买一箱苹果寄回新疆,新疆网友炸了:你忘了阿克苏糖心苹果吗?

佟丽娅跑到烟台买一箱苹果寄回新疆,新疆网友炸了:你忘了阿克苏糖心苹果吗?

草莓解说体育
2026-10-11 01:44:56
午评|风险加大!A股大跳水!到底怎么了?

午评|风险加大!A股大跳水!到底怎么了?

龙行天下虎
2026-10-12 11:34:26
中国女排一夜4大消息,名帅之女突然解约,庄宇珊再轰全场最高分

中国女排一夜4大消息,名帅之女突然解约,庄宇珊再轰全场最高分

南海浪花
2026-10-12 16:39:35
2026-10-12 17:43:00
中科院物理所 incentive-icons
中科院物理所
爱上物理,改变世界。
10502文章数 136646关注度
往期回顾 全部

科技要闻

尊界:10月底确认制动踏板支架升级方案

头条要闻

8千元小狗遭仅退款 商家驱车600公里上门顾客称狗已死

头条要闻

8千元小狗遭仅退款 商家驱车600公里上门顾客称狗已死

体育要闻

一周吃6顿披萨的胖子,也能单防姆巴佩?

娱乐要闻

张艺谋身体状况曝光 陈婷不再顾及体面

财经要闻

尊界,是江淮的救命车还是失血引擎?

汽车要闻

全新smart精灵2号来了 两门两座 传承经典纯电进化

态度原创

数码
艺术
亲子
家居
公开课

数码要闻

年度T0电竞夯机!荣耀WIN2系列官宣首发2K/185Hz极窄边电竞屏

艺术要闻

2026新时代首都美术展 入围油画选 31幅

亲子要闻

儿童肿瘤之王药物开发迎来新突破!一药双靶,复旦儿科李凯教授团队联合上科大白芳教授团队创新研究成果转化

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版