
以前購買的日文科普漫畫書《ねこ耳少女の量子論~萌える最新物理学~》(貓耳少女的量子論 萌最新物理學)

在漫畫中,貓耳女主角以兩杯彼此熱戀、遠距離相連的拿鐵咖啡作為比喻,向男主角說明量子糾纏,並進一步用這種「一方狀態被決定、另一方也隨之呈現關聯結果」的意象,來介紹 quantum teleportation基本概念。




這章後的短文:量子與人心的共通點
量子可以被遠距離傳送(teleportation)。
量子本來就具有三種性質,所以只要用某種方法把那三種性質送到遠方,那就等於是瞬間傳送。
瞬間傳送需要一種叫做「糾纏」(entanglement)的現象。量子彼此之間可以互相糾纏。這可以想像成兩條繩子纏在一起的樣子:當量子一和量子二彼此糾纏時,就算把它們分隔到很遠,這種糾纏也不會消失。
例如,來考慮量子一和量子二具有相反自旋的情況。自旋的方向可以用陀螺軸的上下來表示,所以就用 ↑ 和 ↓ 來表示吧。原本彼此糾纏的量子一和量子二,被遠遠地分開了。當你去測量量子一的自旋,結果是 ↑。那麼,量子二的自旋是什麼呢?
看起來好像理所當然,但其實在測量之前,量子一和量子二的自旋都還沒有被確定。直到真的去測量之前,量子二的自旋其實也只是有 50% 的機率會成為 ↓ 而已。
所謂量子的狀態,在被測量之前其實並不存在。它本來就像幽靈一樣的存在。只有在發生了「測量」這個行為之後,自旋的狀態才會被確定(也不是說在測量之前它就早已經「注定是 ↓」了。說到底,單獨存在的那種「狀態」根本就不存在)。所以,量子一和量子二到底哪一個是 ↑、哪一個是 ↓,其實是因為測量才被生成出來的狀態;在那之前,只能說「量子一和量子二之中,會有一個是 ↑,另一個會是 ↓」。這就跟樂透在開獎之前,獎號還沒有決定是一樣的。
如果把測量裝置斜著放,那麼沿著那條斜線去看,一個就會朝上(↗),另一個就會朝下(↙)。也就是說,自旋狀態會受到測量裝置的影響。
「事先沒有決定好的性質」這件事也許不太容易理解,不過可以拿人類的心理狀態來想像看看。人的心境會隨著與他人的關係不斷改變。比方說,在某個文學獎的情境裡,預先就知道兩人之中只有一人能得獎,另一人會落選。在這種情況下,我們知道兩人之中一定會有一個人變得很開心,而另一個人則會跌入失意的谷底。但在評審真正公布結果之前,還無法決定到底是誰會變成哪一種狀態。量子的狀態,也可以把它想成類似這樣的東西。

quantum teleportation的原理 "物體本身並沒有移動"
① 先準備一對糾纏粒子
② 要傳送的量子,去和其中一個糾纏粒子接觸
手上有一個「未知狀態」的量子,想把它的狀態送到遠方去。這個量子先去和手邊那顆糾纏粒子做局域操作與測量。
③ 左邊那邊改變了,右邊那顆得到原本的性質
原本那顆「要被傳送的量子」本身,最後不會完整保留在原地,遠方那顆糾纏粒子,會變成和原本那顆量子相同狀態,所以傳過去的不是那顆粒子本身,而是它的量子狀態。

真正完整的量子傳態還需要:
經典資訊傳送,也就是你在本地測量之後,必須把測量結果用普通通訊告訴遠方的人。
遠方的人再根據這個結果,對那顆粒子做對應修正。
這樣遠方那顆才會精確變成原本那顆量子的狀態。
所以真正流程是:先共享一對糾纏粒子,本地把「待傳送量子」和其中一顆做聯合測量,得到測量結果
用經典通訊把結果送到遠方,遠方依結果做修正,遠方那顆變成原本那顆的狀態




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