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近代物理

自旋与纠缠:不是小球自转的缩影

14 分钟

自旋是粒子的内禀角动量,服从量子角动量代数。把电子想成带电小球机械自转会产生错误速度和磁矩图像;“上、下”是沿指定轴测量的两个结果,不是空间中藏着固定箭头。

斯特恩—盖拉赫实验

非均匀磁场把自旋1/2粒子分成两束,显示投影离散。先测z上,再测x,最后再测z,结果重新随机,说明不同轴分量不同时具有预定确定值。

自旋子与旋转

自旋1/2态旋转360度会获得负号,720度才完全回到原向量。单个态整体负号不可测,但干涉中相对相位有意义。

两粒子态

总态若不能写成两个单粒子态乘积,就是纠缠。纠缠相关可超出局域隐变量满足的贝尔不等式,但不能用来超光速传递可控消息。

相关不等于通信

一方局部测量结果随机,不能选择结果编码;只有双方后来通过经典通信比较数据,才看到关联。

实验漏洞

贝尔实验需处理探测效率、空间分离和选择独立性等漏洞。现代结论来自严格设计,不是只看一张相关曲线。

实验统计还需预先选择不等式、事件窗口和停止规则,防止通过筛选数据制造违背。纠缠见证只在其模型前提下证明特定不可分性。

练习:写出单态不可分解的判断,比较经典相关与纠缠相关,并解释无信号原则。

小纸条

量子纠缠为何不能直接用于超光速发送信息?