神奇的量子世界——量子纠缠（Matlab实现）

1 爱因斯坦的感叹

2 中国领先的量子领域

3 量子纠缠

4 Matlab实现

4.1 展现

4.2 Matlab代码

1 爱因斯坦的感叹

想到这个题目时，确实很纠结，爱因斯坦将量子纠缠称为"鬼魅似的远距作用(神鬼级的远距离相互操作作用)，题目上写解决了量子纠缠，是不是太自大了。

但我仔细地理了一下，确实认为我的理解没问题，其他的只能交给时间去评判。

量子纠缠问题，不同于我上篇的双缝干涉实验，量子纠缠可以用我最后的现象来验证，因此就发出来了。

2 中国领先的量子领域

近几年，随着量子纠缠效应的不断验证和发展，一个很科幻的名词，量子瞬间传输技术，逐渐被公众熟知，而且，我国在该领域的研究一直是世界领先。

瞬间传输？这不是在科幻电影中才会出现的场景吗？现实世界中真的能实现？

2016年12月，中国科学技术大学通过两种不同的方法制备了综合性能最优的纠缠光子源，首次成功实现"十光子纠缠"，刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。

2017年6月，中国量子科学实验卫星"墨子号"迎来了第一项重大成果，率先成功实现"千公里级"的星地双向量子纠缠分发，打破了此前国际上保持多年的"百公里级"纪录。

2018年2月，中国实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态，荣获科技部2017年度中国科学十大进展。

2018年4月，芬兰的科学家团队初次完成了微观层面的量子纠缠，让两个肉眼几乎可见、直径为15微米的圆形振动铝片发生了纠缠，像鼓面一样振动展现了30分钟左右。

3 量子纠缠

1935年，在“爱玻大战”中接连失利的爱因斯坦为了证明量子力学的荒谬性，终于抛出一个大招，就是著名的EPR佯谬。

EPR佯谬是爱因斯坦联合波多尔斯基和罗森一起发表的一篇论文，论文中描述了这样一个思想实验，假设我们有一对总自旋为零的电子对，然后把它们同时向相反方向发射出去。

根据角动量守恒定律，只要两个电子在运动过程中没有撞到其他物体，就一定是其中一个电子的自旋为正，另一个为负。

在我们没测量前，根据量子叠加效应，它们的自旋都是处于正负叠加态，但当我们测量其中的一个电子时，该电子会瞬间坍缩成确定态，例如自旋为正，那么另外一个电子也会同时坍缩成自旋为负。

如果两个电子分开的距离非常远，那么我们对其中一个电子进行测量，那另外一个电子同样会瞬间坍缩，这不就是瞬间超距作用吗？

根据狭义相对论，任何物体的运动速度，包括信息的传输速度都不能超过光速，这不是违背了光速不可超越吗？

EPR佯谬可以说是爱因斯坦对玻尔最致命的反击，玻尔足足思考了三个月，才给出一个非常勉强的回答。

首先，玻尔认可爱因斯坦思想实验的结果，但并不同意其超光速的结论。

玻尔认为，电子A和B因为总自旋为零，所以可以把它们看作一个整体，既然是整体，那么测量其中的一部分A，另一部分B相应的也就会响应，并不存在超光速！

玻尔的答案肯定是无法令爱因斯坦满意，但限于当时的实验条件，两人只能各说各的，却无法通过实验验证。

之后薛定谔听说了这件事，为这种现象起了个很形象的名字，就是量子纠缠。

在爱因斯坦和玻尔相继去世后，随着实验条件的成熟，科学家们开始做起了量子纠缠的实验，从最初的两个粒子相隔几公里，到最近的一次相隔1000多公里，实验结果完全符合量子力学的预言，也就是说，EPR佯谬变成了真实发生的事情。

现今的科学已经完全证实了，一对处于纠缠态的量子，无论它们相距多远，只要对其中的一个粒子进行测量，另外一个粒子也会马上坍缩成确定态，即使相距百万光年，理论上依旧成立。

如此神奇的现象，简直就是超强版本的心灵感应，现今科学家们给出的解释，和当初玻尔的解释差不多，认为处于纠缠态的粒子本质上是处于同一个概率波中的，既然是同一个概率波，测量其中的一点，势必会影响到另一点。

长达几万光年的概率波，我们无法想象是什么样的，但还有另一种解释，却更荒诞离奇。

无论是量子纠缠，还是量子叠加，都和一个我们非常熟悉的概念有关，就是空间。

量子叠加告诉我们一个粒子可以同时处于空间中的无数个位置，这不是因为粒子的运动速度快，而是量子本身的属性，而量子纠缠更是超空间瞬间作用。

理论部分比较无聊，我们就不展开啦。

4 Matlab实现

4.1 展现

4.2 Matlab代码

function FarGate
I=imread('langzijiuchan.jpg');
[W,H,nChanels]=size(I);degree=15;
eddy_mat=zeros(W,H,nChanels);
swirl_degree=degree./1000;
midX=W/2;
midY=H/2;for y=1:Hfor x=1:WYoffset=y-midY;Xoffset=x-midX;radian=atan2(Yoffset,Xoffset);radius=sqrt(Xoffset^2+Yoffset^2);X=int32(radius*cos(radian+radius*swirl_degree)+midX);Y=int32(radius*sin(radian+radius*swirl_degree)+midY);X(X>W)=W;Y(Y>H)=H;X(X<1)=1;Y(Y<1)=1;eddy_mat(x,y,:)=I(X,Y,:);end
end
eddy_mat=uint8(eddy_mat);
disp('Image rotation completed...'),pause(3.5)%T=affine2d([1 0 0;0 1 0;0 0 1]);
%dst_mat=imwarp(eddy_mat,T);
imshow(eddy_mat)map_mat=rgb2gray(eddy_mat);
disp('Mapping matrix obtained...'),pause(3.5)
imshow(map_mat)[Xmesh,Ymesh]=meshgrid(1:H,1:W);
surf(Xmesh,map_mat,Ymesh,'EdgeColor','none','LineWidth',0.01,'CData',eddy_mat,'FaceColor','interp')
disp('Constructed surface...'),pause(3.5)axes=gca;
axes.PlotBoxAspectRatio=[0.6860    0.6875    1.0000];
axes.CameraPosition=[-0.9862    2.2773    1.5062].*1e3;
axes.Color=[0 0 0];
disp('Quantum entanglement completion')end

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