本网8月27日讯 在科学的最前沿，有一个现象如此奇特，以至于爱因斯坦称其为“幽灵般的超距作用”。这就是量子纠缠——当两个粒子以一种特殊方式连接后，无论相隔多远，对一个粒子的操作会瞬间影响另一个粒子。这种看似违背常理的现象，不仅是量子力学的基础，更正在催生一场技术革命。
量子纠缠的本质是微观粒子间的神秘关联。当两个粒子发生纠缠，它们就失去了独立性，仿佛共享同一个存在状态。即使将它们分隔到宇宙的两端，这种连接依然存在。测量其中一个粒子的属性（如自旋或偏振），另一个粒子的相应属性会瞬间确定，似乎它们之间存在着某种即时通信。
这种现象之所以令人困惑，是因为它似乎违反了爱因斯坦相对论中“任何信息传递速度不能超过光速”的基本原则。然而经过数十年的实验验证（包括2022年诺贝尔物理学奖获奖研究），量子纠缠的真实性已毋庸置疑。科学家现在相信，纠缠粒子间并不传递传统信息，而是展现了一种更深层的现实结构。
量子纠缠并非仅限于实验室的奇异现象。大自然早已利用这一机制——光合作用中，植物高效传递能量的秘密就与量子纠缠有关。科学家现在正试图 harness 这种自然智慧，开发革命性技术。
量子计算是其中最引人注目的应用。传统计算机使用比特（0或1）处理信息，而量子计算机使用量子比特，这些量子比特可以同时处于0和1的叠加状态。通过纠缠多个量子比特，量子计算机能够以指数级速度解决某些问题，如药物发现、密码破解和气候模拟，这些问题对传统计算机来说几乎不可能完成。
量子通信是另一前沿领域。基于量子纠缠的加密系统具有内在安全性——任何窃听尝试都会破坏量子态，立即暴露入侵者。中国“墨子号”量子卫星已成功演示了基于量子纠缠的防黑客通信，为未来安全通信网络奠定了基础。
量子纠缠甚至挑战我们对现实本质的理解。一些物理学家提出，纠缠可能是空间和时间涌现自更基本现实的线索。在这种观点下，宇宙本身可能是一个巨大的纠缠网络，每个部分都与其他部分相互连接。
虽然量子技术仍处于早期阶段，但进展令人震惊。全球各国和科技巨头正在投入巨资开发量子技术。从能够探测地下结构的量子传感器，到可能重新定义人工智能的量子机器学习，应用前景广阔。
对我们普通人而言，量子世界似乎遥远而抽象。但正如电磁学在19世纪是纯科学，而在20世纪催生了全球电气化革命一样，量子技术很可能塑造我们的未来。理解量子纠缠不仅是了解自然的基本运作，更是窥见未来技术的一扇窗。
在这个看似被经典物理规则支配的宏观世界中，我们容易忘记在微观层面，现实有着截然不同的运作方式。量子纠缠提醒我们，自然界仍然充满神秘，等待我们去探索和理解。或许有一天，这种“幽灵般的超距作用”会变得像手机和互联网一样平常——但在此之前，它仍然是科学中最迷人且最具前景的领域之一。
（作者：高炜皓 管博周 张译元）
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