走近量子糾纏
銳·聚焦
作者：劉林森
名詞解釋：
思想實驗：是指使用想象力去進行的實驗，所做的都是在現實中無法做到（或現實未做到）的實驗。
2012年10月9日，兩位物理學家因為在量子信息技術領域作出巨大貢獻而獲得2012年諾貝爾物理學獎，他們是法國物理學家塞爾日·阿羅什和美國物理學家戴維·瓦恩蘭。
量子光學世界充滿了神奇，由於單個粒子很難從周圍環境中隔離觀測，量子物理學中很多奇特現象無法被觀測到。但這兩位獲獎者通過實驗，發現了能夠直接觀察單個粒子卻不對其產生破壞的方法，使科學家能夠直接對微觀過程進行量子模擬和實驗，捕捉自然界中的量子行為，並讓探索量子現象和普通生活的界線成為可能。這一方法還可以將自然界中的某些物質，如光子和原子分離出來，觀察它們的行為和互相之間的關係，這將大大縮短研製量子計算機的進程。
在長達一個世紀的時間裏，科學家們被原子頗為古怪的行為所迷惑。在自然的微觀世界裏，一些科學常識方麵的定律被其內部奇怪的量子力學規律所顛覆。量子力學是描述原子、電子等微觀粒子的理論，它所揭示的微觀規律與日常生活中看到的宏觀規律很不一樣。處於所謂“疊加態”的微觀粒子之狀態是不確定的，例如，電子可以幾乎同時位於幾個不同的地點，直到被觀察測量時才在某處出現。這種事如果發生在宏觀世界的日常生活中將不可思議，例如你有一本《科學24小時》雜誌，它會同時出現在你家的書房、餐廳、臥室、廚房……到處遊蕩，這種看似魔術的現象人們當然嗤之為荒謬，但在量子力學世界裏卻是事實，這種奇特的難以置信的現象正是物理學家們孜孜不倦要弄清楚的。
為了解釋原子行為的這種怪異現象，奧地利物理學家、1933年諾貝爾物理學獎得主埃爾溫·薛定諤於1935年設計了一個關於量子理論著名的思想實驗。把一隻貓放進一個不透明的盒子裏，然後把這個盒子連接到一個包含放射性原子核和裝有有毒氣體容器的實驗裝置。設想這個放射性原子核在一個小時內有50%發生衰變的可能性。如果發生衰變，它將會發射出一個粒子，而發射出的這個粒子將會觸發這個實驗裝置，導致裝有毒氣的容器被打開，從而殺死這隻貓。按照量子力學理論，未進行觀察時，這個原子核處於已衰變和未衰變的疊加態。但是，如果在一個小時後把盒子打開，實驗者隻能看到“衰變的原子核和死貓”或者“未衰變的原子核和活貓”兩種情況。
薛定諤貓實驗是一個佯謬，實際上提出了一個十分重要的問題：什麼是量子力學的觀測？觀察或測量都與人的主觀意誌有關。這個思想實驗的巧妙之處在於，通過“檢測器-原子-毒藥瓶”這條因果鏈，似乎將鈾原子的“衰變-未衰變疊加態”與貓的“死-活疊加態”聯係在一起，使量子力學的微觀不確定性變為宏觀不確定性；微觀的混沌變為宏觀的荒謬——貓要麼死了，要麼活著，兩者必居其一，不可能同時既死又活！難怪英國著名科學家霍金聽到薛定諤的貓佯謬時說：“我去拿槍來把貓打死！”