先說一個錯誤的例子
有一個經常被拿來類比量子纏結的例子：
有一雙手套，被隨機放入兩個不透明的盒子裏。我們不知道每個盒子裏裝的是左手套還是右手套。但是，我們知道這兩個盒子裏的手套是配對的，也就是說，一個盒子裏是左手套，另一個盒子裏就一定是右手套。
現在，假設我們把這兩個盒子分別送到距離非常遠的兩個地方，比如一個在北京，另一個在紐約。當我們開啟北京的盒子，發現裏面裝的是左手套時，我們立即就可以確定，紐約的那個盒子裏的手套一定是右手套，盡管我們並沒有開啟紐約的盒子看。
量子纏結就像手套一樣，當兩個粒子處於纏結態時，它們的狀態是緊密相連的。即使這兩個粒子相距很遠，它們之間的狀態也是即時關聯的。測量其中一個粒子的狀態會立即影響到另一個粒子的狀態，這種非局域的即時關聯正是量子纏結的核心特性。
上面的這個手套模型就是被許多文章所參照的例子。
的確是直觀易懂，不過離量子纏結的本意卻差得很遠。
因為它雖然展示了兩個物體之間的配對關系，但卻無法準確表達量子纏結中的非局域性和即時性。在手套模型中，兩只手套之間的關系是確定的，不會因為其中一只手套的狀態變化而導致另一只手套的狀態立即變化。這與量子纏結中粒子之間的即時關聯是有本質區別的。
所以一旦提到量子纏結的套用，比如遠端量子通訊、量子計算等，還是很難幫助我們去理解背後的原理。
就拿遠端量子通訊來說，這個技術核心在於利用量子纏結的特性。透過建立量子纏結態的通道，可以將一個量子系統的狀態傳輸到另一個地點，實作量子態的遠端傳輸。
具體而言，就是透過修改一端的量子狀態，將資訊包含在這個狀態中。然後透過量子纏結的特性，影響到與之纏結的其他量子系統（即使它們相隔很遠）。因此，在接收端，透過測量纏結態中的量子系統，就能夠感應到發送端量子狀態的改變，從而獲取到對應的資訊。
再來看看這個手套模型的例子，它是沒辦法透過修改北京這邊手套的狀態來影響紐約的啊。
我們來看看真正的遠端量子通訊是什麽樣子的：
首先，需要建立量子纏結態的通道。這通常涉及制備兩個或多個處於纏結態的粒子，並將它們分別發送到兩個不同的地點。這兩個粒子之間存在一種特殊的聯系，使得它們的狀態是相互依存的。
然後，在發送端，對需要傳輸的量子態進行測量。這個測量過程不是直接測量纏結粒子本身，而是透過某種方式將需要傳輸的量子態與纏結粒子之一相互作用，並觀察其測量結果。這個測量結果將包含有關原始量子態的資訊，但並不會導致量子態的塌縮或損失。
接下來，利用經典通訊將測量結果傳輸到接收端。這裏的經典通訊可以是傳統的電訊號、光訊號等通訊方式。透過經典通訊，發送端將測量結果告訴接收端，這樣接收端就能知道原始量子態的一些關鍵資訊。
在接收端，根據接收到的經典資訊，對纏結粒子之二進行相應的操作。由於纏結粒子之間存在特殊的聯系，接收端可以透過操作這個纏結粒子，使其狀態與原始量子態盡可能接近或一致。這樣，接收端就能夠「重建」出原始量子態的資訊，實作了量子態的間接傳輸。
需要註意的是，這種傳輸方式並不是直接傳輸量子態本身，而是透過經典通訊傳輸測量結果，再結合量子纏結的特性在接收端重建量子態。這種方式雖然不能完全復制原始量子態的所有資訊，但可以在一定程度上實作量子態資訊的傳輸和共享。
這種結合量子測量和經典通訊的量子態傳輸方式，在量子通訊領域具有重要的套用價值。它為實作安全、高效的量子通訊提供了一種新的方法，並在量子計算、量子金鑰分發等領域具有廣泛的套用前景。
另外，盡管這種方法可以在一定程度上實作量子態資訊的傳輸，但仍面臨著一些技術挑戰和限制。例如，量子態的測量和重建過程可能受到雜訊和誤差的影響，導致資訊的失真。此外，量子纏結態的制備和維持也需要高精度的控制和保護。因此，要實作穩定可靠的量子態傳輸，還需要進一步的技術研發和最佳化。
理解量子纏結
放棄了上面的例子，讓我們重新來看看到底什麽是量子纏結。
量子纏結，簡單來說，就是兩個或多個粒子之間存在一種神秘的聯系。這種聯系如此特殊，以至於即使這些粒子被分開到宇宙中的兩個遙遠地點，它們的狀態仍然是相互依賴和相互影響的。
想象有兩個光子，它們就像是一對雙胞胎，被一種特殊的力量連線在一起，這種力量就是量子纏結。這兩個光子，即使被送到宇宙的兩個相距極遠的角落，它們之間仍然保持著一種神秘的連線。
現在，假設我們在某個地方對其中一個光子進行了某種操作，比如改變了它的自旋方向（光子自旋就像它在一個小軸上旋轉一樣，可以是順時針也可以是逆時針）。幾乎在同時，另一個光子，無論它距離第一個光子有多遠，它的自旋方向也會立即改變，與第一個光子相反。就好像它們之間有一種超自然的感應一樣。
這種感應並不是因為我們發送了某種訊號給另一個光子，而是在量子纏結的作用下，兩個光子之間的狀態是即時相互影響的。即使我們不知道另一個光子的確切位置，也無法用經典物理學的理論來解釋這種超距作用。
科學家們已經透過實驗證明了這種量子纏結現象的存在。他們使用特殊的光源產生纏結的光子對，然後將這些光子對發送到遠處的探測器。當他們在一邊改變一個光子的狀態時，他們發現另一個光子的狀態也立即發生了改變，這證明了它們之間的纏結關系。
透過上面的現象，不難可以總結出量子纏結的三個特性：
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非局域性：即使兩個或多個粒子在空間上相隔很遠，它們之間仍然保持著一種強烈的關聯。這種關聯不依賴於它們之間的距離，即使粒子被分開到宇宙中的兩個遙遠地點，它們的狀態仍然是相互依賴和相互影響的。
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即時性：對其中一個粒子的測量或狀態改變會立即影響到另一個粒子的狀態，這種影響是即時發生的，不受它們之間距離的限制，且這種資訊傳遞的速度超過了經典物理學中的資訊傳遞速度限制。
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不可分割性：在未進行測量之前，處於纏結態的粒子之間的狀態是不可分割的，它們共同構成一個整體系統，其性質無法單獨描述，只能描述整個系統的性質。
這些特性使得量子纏結在量子資訊科學中發揮著至關重要的作用。在量子通訊中，量子纏結是實作量子金鑰分發和量子隱形傳態等重要操作的基礎；在量子計算中，量子纏結是實作量子門操作和量子演算法的重要基礎；在量子密碼學中，量子纏結是實作安全加密的關鍵技術。
以量子密碼學為例，量子纏結用於確保資訊在傳輸過程中的安全性，防止竊聽和破解。 這種套用的核心在於量子纏結所特有的非局域性和即時性，這兩個特性使得任何試圖竊取或破解量子資訊的嘗試都會立即破壞纏結態，從而被發送方和接收方檢測到。
首先，量子纏結的非局域性確保了即使纏結粒子相距很遠，它們的狀態也會即時關聯。這種關聯性意味著如果其中一個粒子被竊聽者測量或幹擾，那麽與之纏結的另一個粒子的狀態也會立即改變。這種改變是即時的，不受距離限制，因此竊聽者無法在不被察覺的情況下獲取量子資訊。
其次，量子纏結的即時性使得任何對纏結粒子的測量都會立即影響整個纏結系統。在量子金鑰分發過程中，發送方和接收方透過比較他們各自測量的纏結粒子狀態來檢測是否存在竊聽。如果竊聽者試圖測量或幹擾傳輸中的粒子，這種幹擾會立即反映在接收方測量的結果中，從而揭示出竊聽行為。
此外，量子纏結還用於生成安全的隨機金鑰。由於量子測量的隨機性，透過測量纏結粒子可以產生真正的隨機數，這些隨機數無法被預測或復制。這些隨機數隨後可以用作加密金鑰，確保資訊在傳輸過程中的安全性。
一些哲學上的思考
量子纏結這個概念誕生的有點偶然。它最早是由愛因斯坦、普度斯基和羅森（EPR）在1935年的一篇論文中提出的。愛因斯坦特別痛恨量子力學，他堅信宇宙中的一切，包括微觀粒子的行為，都應當遵循嚴格的因果律和確定性，而不是概率性。他認為，如果量子力學中的概率性解釋是正確的，那麽就如同「上帝在擲骰子」一樣，意味著宇宙中的事物發展變化是沒有規律可循的，這還怎麽能稱為科學呢。
所以這三位大佬試圖透過一個思想實驗證明量子力學的不完備性。他們在論文提出了兩個粒子在相互作用後形成的復合系統，其量子態不能分解為兩個粒子各自的量子態，而只能描述整體的性質。這種性質意味著對其中一個粒子的測量會影響另一個粒子的狀態，無論它們相距多遠，這種現象被稱為「纏結」。
這個概念引起了後來物理學家的極大興趣。1964年，愛爾蘭物理學家貝爾提出了著名的貝爾不等式，使得驗證量子纏結從哲學層面進入了可由實驗驗證的階段。
但與此同時，量子纏結在哲學層面仍留下了一些待解的問題。
首先，在傳統的因果觀念中，事件之間的關系通常遵循一種有序的模式，即原因在前，結果在後，且這種關系通常受到時間和空間的限制。然而，量子纏結卻揭示了一種超越這種經典框架的現象。
在量子纏結中，兩個或多個粒子的狀態可以瞬間相互影響，無論它們相距多遠。這種超越時空的相互影響使得傳統的因果解釋變得困難。例如，當兩個粒子發生纏結時，改變其中一個粒子的狀態會立即影響到另一個粒子的狀態，即使這兩個粒子之間的距離非常遙遠，這種變化似乎是瞬間的，無需任何傳播時間。
中科院的郭光燦院士曾用一個形象的比喻來描述這一現象：有一對母女，她們因為各種原因生活在不同的地方。有一天，女兒懷孕了並順利生下了小孩。令人驚奇的是，就在這個新生命降臨的剎那，即使媽媽身處千裏之外，她也自然而然地成為了外婆。這個過程中，並沒有任何形式的資訊傳遞給媽媽，仿佛母女之間有一種神秘的、內在的關聯，使得媽媽能夠在瞬間感知到這一重要的變化，從而自動獲得了外婆的身份。
其次，在傳統觀念中，我們習慣於認為世界是確定的，物質的運動和狀態變化遵循著固定的規律，可以透過觀察和測量來精確預測。然而，量子纏結現象的出現打破了這種確定性思維的框架。它表明，在微觀尺度上，物質的性質和狀態變化不再是完全確定的，而是呈現出一種概率性和不確定性。
這種不確定性並不是由於我們測量技術的限制或實驗誤差所導致的，而是量子世界的固有內容。量子纏結中的粒子之間似乎存在著一種超越時空的關聯，使得它們的狀態變化呈現出一種非局域性和即時性。這種關聯使得我們無法用經典物理學的因果關系來解釋它們之間的相互作用，也無法用確定性的方式來預測它們的狀態變化。
關於這些問題，目前還沒有一個權威的解答，可能是要等到徹底弄清楚量子纏結的物理性質才能有個結論，也許到那時，會發展出一套全新的哲學框架和理論了。在這個過程中，哲學和科學將相互促進、共同發展。哲學思考將引導我們深入探索量子纏結背後的哲學問題，而科學研究則為我們提供了解答這些問題的實證基礎和理論支持。希望透過不斷的探索和研究，可以逐漸揭開量子纏結的神秘面紗，為人類的認知和理解帶來一次革命性的飛躍。
