在經典物理世界里,光速是不可逾越的“速度天花板”,無論是火箭升空還是信號傳輸,都無法突破每秒30萬公里的極限。
但在量子世界中,一種名為“量子糾纏”的現象,卻像一把鑰匙,打開了顛覆人類認知的大門:兩個糾纏的量子,無論相隔多遠,只要一個狀態發生改變,另一個會瞬間做出響應,這種“超光速”的關聯,曾讓愛因斯坦直呼“幽靈般的超距作用”。
(資料圖)
要理解量子糾纏,得先跳出宏觀思維。
在經典世界里,一個物體的狀態是確定的,比如一枚硬幣,落地后要么是正面,要么是反面。但在量子世界,微觀粒子的狀態是“疊加”的:在未被觀測前,一個電子的自旋狀態可以同時是“上”和“下”,就像硬幣同時處于正面和反面的疊加態,直到觀測的瞬間,疊加態才會“坍縮”成一個確定狀態。
量子糾纏,就是讓兩個微觀粒子形成“命運共同體”。當兩個粒子通過特定方式糾纏后,它們的疊加態會綁定在一起,若將它們比作一對“量子硬幣”,未觀測時,兩者都處于“正+反”的疊加態;一旦觀測其中一個,發現它是“正面”,另一個無論相隔1米還是1光年,都會瞬間坍縮成“反面”,且這個過程沒有任何時間延遲。
這種“瞬間響應”,正是“超光速”爭議的核心。
2015年,荷蘭代爾夫特理工大學的科學家做了一項關鍵實驗:他們將兩個糾纏光子分別發送到相距1.2公里的兩個實驗室,當一邊觀測光子狀態時,另一邊的光子幾乎同時出現對應的狀態變化。通過精密計算,實驗排除了“光速以內信號傳遞”的可能,證明這種關聯的傳播速度至少是光速的1000倍。
但這里有個關鍵前提:量子糾纏不能傳遞有用信息,因此它并不違背相對論。相對論禁止的是“超光速傳遞信息”,因為這會導致“時間倒流”等邏輯悖論。
盡管無法傳遞信息,量子糾纏的“超光速特性”仍給人類帶來了革命性的技術突破。
在量子通信領域,利用量子糾纏的“不可克隆性”和“瞬間關聯”,科學家造出了無法被破譯的保密通信系統,一旦有人試圖竊取量子信號,就會破壞粒子的糾纏狀態,通信雙方會立刻察覺。
2020年,我國“墨子號”量子科學實驗衛星就利用量子糾纏,實現了千公里級的星地量子保密通信,證明了這項技術的實用性。
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