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研究:量子纠缠的细节或永不可知

2020年1月26日7:29 环球解密

    在量子世界里两个相距很远的物体互相之间可以发生作用,即著名的量子纠缠现象。可是科学家不明确,量子纠缠的物体之间究竟有多少互动?最新一份研究认为,这也许是超出人类能力和不可知的。

    1月14日发表在论文预印网arXiv上由五位学者完成的长达165页的研究称,解决了一个同时涉及数学、量子力学、复杂性理论(complexity theory)多个深奥领域的问题,回答了一位数学家40多年前提出的问题。

    计算复杂性理论是理论计算机科学和数学的一个分支,研究利用计算机和各种算法解决问题所需要的资源,比如时间开支、存储空间开支。近代又发展了博弈论(game-theory,也称对策论或赛局理论)分支。

    博弈论模拟的是,以量子纠缠方式合作的二人团队,即使之间没有对话沟通,照样协调行动。这份研究认为,两者间理论上可能达到的最大配合度是无法探知的。

    从数学角度讲,这份研究回答了阿兰·科纳(Alain Connes)提出的算子理论问题。科纳是专长冯·诺伊曼代数的法国数学家。算子(operator)是用向量空间矩阵描述物体的一种数学表达方式,可以包含有限的和无限的行列数目。它们是量子理论的一项重要基础,每个算子描述一个物体的可观察属性。

    科纳在其1976年的论文中问到,对于具有无限多个可测量变量的量子系统,是否可以通过具有有限数量的简单系统模拟近似?

    这份研究认为这办不到。

    这份研究称,无法被“有限的”系统近似的量子系统是存在的。研究者称,这意味着不可能计算出两个纠缠的量子系统之间的关联度。

    论文发表以后,不少同行对结果感到意外,但是多数人不明确这项研究可能产生的具体影响。

    量子纠缠是量子计算机和量子通信领域的核心理论,人们在考虑利用它造出超级安全的网络。具体来讲,测量纠缠物体之间的关联度可以作为系统没有遭到窃听的证据。

    荷兰代尔夫特工业大学(Delft University of Technology)的量子物理学家韦纳(Stephanie Wehner)说,也许这项研究结果和量子技术应用并不相关,因为所有量子系统的应用都是“有限”的。实际上,甚至都难以设计出任何测试量子“无限”特性的系统。

    总的来说,这份研究发表后,几乎没有任何学者能够快速理解这份同时涉及复杂性理论、量子信息和数学领域的研究。

    连科纳本人都说他没有资格评论,只表示,这项研究能够同时触及的理论领域之广令他惊讶。“没想到,这个问题变成一个这么深奥的问题,这太神奇了。”

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