研究:量子糾纏的細節或永不可知

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【大紀元2020年01月27日訊】(大紀元記者張妮編譯)在量子世界裡兩個相距很遠的物體互相之間可以發生作用,即著名的量子糾纏現象。可是科學家不明確,量子糾纏的物體之間究竟有多少互動?最新一份研究認為,這也許是超出人類能力和不可知的。

1月14日發表在論文預印網arXiv上由五位學者完成的長達165頁的研究稱,解決了一個同時涉及數學、量子力學、複雜性理論(complexity theory)多個深奧領域的問題,回答了一位數學家40多年前提出的問題。

計算複雜性理論是理論計算機科學和數學的一個分支,研究利用計算機和各種算法解決問題所需要的資源,比如時間開支、存儲空間開支。近代又發展了博弈論(game-theory,也稱對策論或賽局理論)分支。

博弈論模擬的是,以量子糾纏方式合作的二人團隊,即使之間沒有對話溝通,照樣協調行動。這份研究認為,兩者間理論上可能達到的最大配合度是無法探知的。

從數學角度講,這份研究回答了阿蘭·科納(Alain Connes)提出的算子理論問題。科納是專長馮·諾伊曼代數的法國數學家。算子(operator)是用向量空間矩陣描述物體的一種數學表達方式,可以包含有限的和無限的行列數目。它們是量子理論的一項重要基礎,每個算子描述一個物體的可觀察屬性。

科納在其1976年的論文中問到,對於具有無限多個可測量變量的量子系統,是否可以通過具有有限數量的簡單系統模擬近似?

這份研究認為這辦不到。

這份研究稱,無法被「有限的」系統近似的量子系統是存在的。研究者稱,這意味著不可能計算出兩個糾纏的量子系統之間的關聯度。

論文發表以後,不少同行對結果感到意外,但是多數人不明確這項研究可能產生的具體影響。

量子糾纏是量子計算機和量子通信領域的核心理論,人們在考慮利用它造出超級安全的網絡。具體來講,測量糾纏物體之間的關聯度可以作為系統沒有遭到竊聽的證據。

荷蘭代爾夫特工業大學(Delft University of Technology)的量子物理學家韋納(Stephanie Wehner)說,也許這項研究結果和量子技術應用並不相關,因為所有量子系統的應用都是「有限」的。實際上,甚至都難以設計出任何測試量子「無限」特性的系統。

總的來說,這份研究發表後,幾乎沒有任何學者能夠快速理解這份同時涉及複雜性理論、量子信息和數學領域的研究。

連科納本人都說他沒有資格評論,只表示,這項研究能夠同時觸及的理論領域之廣令他驚訝。「沒想到,這個問題變成一個這麼深奧的問題,這太神奇了。」◇

責任編輯:朱涵儒

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