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§7深入学习内容

3纠缠态

由两个粒子组成的复合体系的量子态,如果能够表示为每个粒子的量子态的乘积,则称为可分离态。反之,称为纠缠态。例如,(7.4.16)- (7.4.17)均为可分离态,这是可以理解的,因为(s1z , s2z ) 都是单体算符。而(7.4.18)- (7.4.19)为纠缠态。

     二体自旋算符力学量可选为

                      

或等价的

                

中的任二个,如 。考虑到  

           (1

式中上角标 分别表示 的本征态,可得到 4个归一化纠缠态的基(贝尔(Bell)基)

                                                                            (2)

     (3)

         (4

            (5

  在这4个归一化的纠缠态上的本征值分别是

 

 

     

      

      

 

    1

     1

     1

     1

 

    1

     1

     1

     1

     纠缠态一词是薛定锷在1935的一篇论文中给出的。同年,Einstein-Podolsky-Rosen(EPR) 的一篇论文对量子力学的正统诠释提出批评,就涉及纠缠态。Bell基于定域实在论的假设,研究了自旋为 的二粒子体系的两个粒子的自旋沿空间任意两个方向a b 的投影的关联,得出了著名的Bell不等式。到20世纪80年代,Aspect 等人的实验结果,与Bell不等式相矛盾,证明量子力学理论预期的结果是正确的,而与玻姆等人的隐变量理论不一致。正对量子力学的正统解释(概率解释)是极大的支持。

纠缠态的关联是一种纯量子的非定域的超空间的关联,是量子态塌缩的非定域性在量子纠缠态中表现出来的奇妙性质。由(3)可看出,尽管两个粒子已经远离,对粒子1自旋态的测量仍然影响粒子2的自旋态。如果测得粒子1 态,则粒子2必在在 态;反之,如果测得粒子1 态,则粒子2必在在 态。即粒子2的状态取决于已经远离的粒子1状态的测量。

理论上认为,纠缠态在可能的量子计算机和量子通讯中在有着极重要的作用,但迄今许多有关纠缠与非定域性的物理本质仍未得到最终的解决。

进一步可参阅《量子力学新进展》第一、二辑(北京大学出版社,20002001),第三辑(清华大学出版社,2003)中的有关综述性文章。

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