什么是量子纠缠？量子纠缠最通俗易通的详细讲解！

近日，瑞典皇家科学院宣布，法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽和奥地利科学家安东·蔡林格因通过纠缠光子实验成功验证了贝尔不等式在量子领域不成立，并以此开创了量子信息科学，特授予2022年诺贝尔物理学奖。

对此，学术界表示意料之中且众望所归。实际上，阿斯佩、克劳泽、蔡林格三人早在2010年就已凭借在量子纠缠领域的卓著成就而获得仅次于诺贝尔物理学奖的沃尔夫物理学奖。

但即便早有预料，这一现象的成功证实也依然掀起轩然大波。

众所周知，“量子纠缠”现象由EPR佯谬引申出，爱因斯坦作为该悖论的提出者之一终其一生都在质疑量子力学的完备性，直至如今“量子纠缠”现象得到证实，爱因斯坦的思想实验被就此推翻，量子力学的完备性再也毋庸置疑。

除此以外，该现象的现实价值要更意义非凡。自量子力学诞生以来，晶体管、激光等重大发明在第一次量子革命中得以催生，近年，以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命正在进行，而“量子纠缠”现象的证实无疑为量子信息相关新技术的发展扫清障碍。

那么，作为量子信息技术发展的关键因素即“量子纠缠”到底是什么？

01、什么是“量子纠缠”

“量子纠缠”现象最初是从EPR佯谬中引申出，EPR佯谬由爱因斯坦、波多尔斯基以及罗森三人提出，属思想实验，实验的目的是为质疑量子力学的完备性。

为证实量子力学并不完备，爱因斯坦抛出假设：一个大粒子分裂为两个小粒子，并向相反方向飞去，根据量子力学可知，在未测量前，两个粒子的自旋均处于“叠加态”即既上又下的叠加状态，概率各为50%，而当测量时，只要得知了其中一个粒子的自旋向，当下就可得知另一个粒子的自旋向，即便两个粒子相距甚远。

可爱因斯坦却认为，在测量其中一个粒子时，另一个粒子应仍处于“叠加态”，除非两个粒子之间存在某种关联，被测量的粒子能够给另一个粒子发射信号，但这显然属于“超距作用”。

根据已被反复论证过的相对论，世界是符合“定域论”以及“实在论”的。所谓“定域论”是指在某区域内发生的物理事件不能立即影响到一定距离外的区域，只能以不超过光速的信息传递速度影响到其他区域；所谓“实在论”即物体在被测量前就已经有了确切量。

而因“叠加态”所导致的“超距作用”明显违反“定域论”和“实在论”，由此，爱因斯坦得出结论，“超距作用”是不可能的，量子力学也是不完备的。

同时，针对“叠加态”，爱因斯坦提出“隐变量理论”作反驳。“隐变量”指隐藏变量，具体而言是指粒子本身携带能够决定观测结果的其他变量，在观测前，粒子的自旋方向就已经被隐藏变量决定了，与“超距作用”无关。

以上即是著名的EPR佯谬的思想实验内容。在这之后，薛定谔又通过有关于猫的思想实验（薛定谔的猫）来取笑量子力学中这一奇怪的现象，并称之为“量子纠缠”。

此后，学术界有关隐藏变量和量子力学完备性的争论开始展开。

1964年，为验证隐藏变量与量子力学的正确与否，贝尔利用不等式将两个粒子测量结果之间的关联性进行描述，该不等式后被称为“贝尔不等式”。

“贝尔不等式”是定域隐变量理论都应满足的不等式，事实也证明，当通过定域隐变量理论计算各种被观测量观测结果的关联时，满足贝尔不等式；但在量子力学中，若用“量子纠缠态”描述被观测量时，根据量子力学计算得出的结果是违反贝尔不等式的。因此，量子力学是完备的。

但“贝尔不等式”仅是一个判断依据，后续仍需通过实验作为佐证，而本次获得诺贝尔物理学奖的三位科学家则是贝尔不等式实验验证的突出贡献者。

其中约翰·克劳泽提出用纠缠态光子来检验贝尔不等式的可行的实验方案，并在1972年获得了与量子力学一致，违反贝尔不等式的结果。但这一实验存在不能保证系统里不含预先的信息的漏洞。

为修补这一漏洞，阿兰·阿斯佩建立了一个新的装置，并反复进行了完善以确保系统里不含预先信息。

而安东·塞林格则研究了多粒子纠缠系统，并首次进行量子隐形传态验证实验。

最终，在数代科学家的不懈实验中，贝尔不等式在量子领域不成立的结果被成功证实，量子力学的完备性再也毋庸置疑，微观粒子之间也的确存在“量子纠缠态”。

有共同来源的两个微观粒子之间存在纠缠关系，不论相距多远，只要一个粒子的性质发生变化，另一个粒子即能瞬间得知其状态从而发生相应变化。这就是物理学的神秘以及震撼之处。

那么，作为物理学发展强盛的英国，都有哪些大学的物理学专业值得申请呢？

02、物理学实力雄厚后的英国大学

物理学是一种自然科学，注重于研究物质、能量、空间、时间，尤其是它们各自的性质与彼此之间的相互关系。物理学是关于大自然规律的知识，更广义地说，物理学探索分析大自然所发生的现象，以了解其规则。

相应的，物理学专业培养掌握物理学基本理论、方法，具有良好的数学基础和实验技能，能够从事物理学或相关科学技术领域的科学研究、教学、技术及相关管理工作的高级专业人才。

综合四大权威世界大学排名榜单可知，剑桥大学、牛津大学、帝国理工学院、伦敦大学学院、曼彻斯特大学和爱丁堡大学是公认的6所物理学专业实力雄厚的英国大学。

剑桥大学

剑桥大学的专业设置较为特殊，如果想要就读剑桥大学读物理专业，首先需要考进剑桥大学的自然科学专业。

自然科学专业是剑桥大学最大的专业之一，为学员提供来自16个系的物理和生物科学相关的国际课程。

牛津大学

牛津大学本科物理教学有着独特的方法，充分利用了物理系研究项目的广度和质量，以及丰富的专业知识。教学包括物理系和学院。物理系决定科目，安排讲座和实践，设置和标记考试。学院组织辅导，在那里提交和讨论项目同时提供项目支持和建议。

帝国理工学院

帝国理工学院的物理学专业涵盖基础物理和应用物理方面范围广阔的领域，除了核心课程，帝国理工学院物理学专业还提供各种各样的选修课程。

通过这些课程，学生有机会接触该领域最前沿的研究。其中一些研究为物理学许多领域的突破性进展做出了自己的贡献，比如天体物理学、量子光学以及激光科学等。

伦敦大学学院

从会计到天体物理学，从计算到低温学，伦敦大学学院的理论物理学学位是需要科学技能的整个职业领域的强大资产。

爱丁堡大学

英国爱丁堡大学物理专业项目是爱丁堡大学希格斯理论物理中心的核心项目，于欧洲核子研究组织(CERN)探测到希格斯玻色子之后所设立，标志着理论物理学研究新时代的开始。

爱丁堡大学物理专业引入广泛应用于各研究领域的先进思想和技术，并强调基础物理概念，以培养学术和实务人才。

曼切斯特大学

曼彻斯特大学物理与天文系始建于1874年，是英国规模最大和办学历史最悠久的物理系之一。2004年由原曼彻斯特维多利亚大学和曼彻斯特理工大学两所高校的物理系合并而组成如今的曼彻斯特大学物理与天文系。

在过往的学生和教职员当中，曼大物理系诞生了12位诺奖得主。

以上即是物理学专业实力雄厚的英国大学。