玻姆(D. Bohm ) 也是主张 量子力学只给微观客体以统计 性描述是不完备的。1953 年 他提出, 有必要引入一附加变量 对微观客体作进一步的描述。 这就是隐变量(h iddenvariabl e) 理论。
1965 年, 贝尔(J. Bell) 在局 域隐变量理论的基础上推导出 一个不等式, 人称Bell 不等式, 并发现此式与量子力学的预言 是不符的, 因而我们有可能通 过对此式的实验检验, 来判断 哥本哈根学派对量子力学的解 释是否正确.
从EPR谈起
然而,自然界是否确实按照量子理论的规律运行?量 子力学的解释是否站得住脚, 自20 世纪20 年代量子 力学建立以来一直是颇有争议的。以爱因斯坦为代表 的一批科学家始终认定量子力学不是完备的理论, 而 以玻尔为代表的哥本哈根学派则坚信量子理论的正确 性。
爱因斯坦等人构思了一个由两个粒子组成的一 维系统相互远离的思想实验, 用反证法对量子力学的 完备性提出质疑。
玻尔与海森伯在 讨论
玻尔指出: 如果两个子系统A 和B 形成一个总体系, 这个总体系是由
它的波函数来描述的, 那就没有理由说, 分别加以考查的子系 统A和B是什么互不相干的独立存在(实在的状态),即使这两 个子系统在被考查的特定时间在空间上是彼此分隔开的也不 行。因此,认为在后一种情况下,B的实在状况不会受到任何 对A进行量度的(直接)影响,这种论断在量子理论的框架里是 没有根据的,而且(正如这个系统, 对于共轭的 力学变量x1 和p1, x2 和p 2, 根据不确定关系有:
X 1 P1 h X 2 P2 h
对于这四个变量, 可以用x1+ x2, p1+ p 2, x1- x2, p1 - p 2来代替, 其中两对共轭力学量, 有:
(X1X2)(P1P2)h
那么如果在北京测量粒子1 的位置为x, 就意味着粒 子2 的位置为x- a, 如果在北京测得粒子1 的动量为p , 就意味着粒子2 的动量为- p。由对粒子1 的测量而推 知的粒子2 的x2 和p2 是不对粒子2 作任何干扰而获得 的值。
量子力学???
爱因斯坦等人由此得出结论: 与粒子2 的x2 和p 2 相对应, 存在两个独立的物理实在要素。但是量子力学理论的不确定 关系, 不能对x1和p1 同时进行精确的测量, 则在测量x1 的同 时, 我们连p 2也不能精确测量了, 而x2 和p2 不能同时确定, 也就不可能具有与之相对应的两个独立的物理实在元素, 只能 有一个物理实在的元素。因此显然存在两个结论二者必居其 一: (1) 存在着即时的超距作用, 在测量粒子1 的位置的同时, 立即干扰了粒子2 的动量; (2) x2 和p2 本来同时是有精确值 的, 只是量子力学的描述不完备。
什么是量子计算机
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和 逻辑运算、储存及处理量子信息的物理装置。当某个装置 处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是 量子计算机。
量子计算机是基于量子比特，即q-bit为存储单元的．
从薛定谔猫谈起
薛定谔设想在一个封闭盒子里面有个放射源，它在 每一秒时间内以1／2几率放射出一个粒子。按照量子力 学的叠加性原理，一秒钟后体系处于无粒子态和一个粒 子态的等几率幅叠加态。一旦粒子发射出来，它将通过 一个传动机构将毒药瓶打开，毒气释放后会使盒子里面 的猫立刻死亡。当然，如果无粒子的发射，这一切均不 会发生，猫仍然活着.
为物理学界所普遍认同的第一个最具说服力的检验Bell不 等式的实验是法国巴黎大学的Aspect和他的助手在1982 年做出的, 实验构思十分精巧, 以理想的实验方案测量了钙 原子级联辐射光子对的线偏振关联, 达到从未有过的高精度, 他们的实验不仅用静态装置实现了EPR 和玻姆的思想实验, 而且用动态装置实现了对爱因斯坦“可分离性”即定域性 原则的直接检验。实验结果与量子力学预言极为一致,显示 Bell 不等式被违背, 从而推翻了决定论的局域隐变量理论, 肯定爱因斯坦的观点是错误的。
(X1X2)(P1P2)h
由于(x1- x2) 和(p 1+ p 2) 不是一对共轭的力学 量, 不受不确定关系的限制, 它们可以有共同的本征 态, 可以同时准确测量。由此我们可以制备一个量子 态使得x1- x2 的本征值为a, p1+ p 2 的本征值为0, 设想距离a 非常之大, 如粒子1在北京, 粒子2 在纽约, 或者更远, 可以认为对粒子1 进行任何物理操作, 不会 立即对粒子2 产生干扰。
• 现在要问：一秒钟后盒子里的猫是死还是活？既 然放射性粒子是处于０和1的叠加态，那么这只猫 理应处于死猫和活猫的叠加态。这是常理无法理 解的．
• 量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知 道雌猫是死是活，她将永远到处于半死不活的叠加态。这与我们 的日常经验严重相违，要么死，要么活，怎么可能不死不活，半 死半活？
玻尔则持完全相反的看法, 他认为粒子1 和2 之间存在 着量子关联, 不管它们在空间上分得多开, 对其中一个粒子 实行局域操作(如上述的测量) , 必然会立刻导致另一个粒 子状态的改变, 这是量子力学的非局域性。
量子力学是完备的!!!
玻尔与爱因 斯坦在争论
EPR 论文发表后的两个月, 玻尔在同一年的《物理评 论》中, 以相同题目—《能认为量子力学对物理实在的述 是完备的吗?》做了回答。玻尔正是针对这个前提进行反 驳。他指出:“对粒子1 的测量正是影响了对确定体系未来 状态所作出的预言类型的条件。”这句话意味着: 对粒子1 作x1 的测量, 就确定下来对粒子2 未来状态作出预言的类 型, 该状态为x2 而不能为p2, 由于x2 和p 2 是不能同时确 定的, 因此只能确切预言这对共轭变量中的一个, 当然不存 在量子力学描述不完备的问题。
Aspect实验的装置如下:
之后, 随着量子光学的发展, 有更多的实验支持 了这个结论。1997 年瑞士学者更直截了当地在10 公 里光纤中测量到作为EPR 对的两个光子之间的量子关 联。