EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
约翰·斯图尔特·贝尔（John Stewart Bell，1928年6月28日－1990年10 月1日），爱尔兰物理学家，发展了量子力 学中重要的贝尔定理。
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• 1964年，题目叫《论爱因斯 坦-波多斯基一罗森佯谬》， 此文提出了影响深远的贝尔 定理，它改变了我们对量子 现象的认识。
从EPR现象到量子通信原理
主讲人：许萍 课件制作：马红 资料收集：马平
个光子不可再分
量子力学非常违反宏观世界日常经验的要点
1、叠加。一个电子确实可以“同时位于两个地 方”。 2、测量。测量结果随机性是内在的，是量子力 学的一种本质特征。 3、纠缠。要理解这个概念，实际上得勇敢面对 数学（认真脸~）
• 如果这个不等式永远成立，那么 爱因斯坦就对了，量子力学就有 毛病；
• 如果你能发现或者在实验山能证 明贝尔不等式可以不成立，那么 爱因斯坦就错了，量子力学就没 错。
EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
1982年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特 （Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项 实验，证实了微观粒子“量子纠缠”（quantum entanglement）的现象确实存在。
有毛病。
波尔的回答：在你爱因斯坦 看来,A、B是两个粒子。
然而在波尔看来它们从未分开， 尽管想给天涯海角，它们依然是一 体的。而产生这样测量结果唯一的 可能性就是：
当你对粒子A进行测量的时候， 两者是同时发生变化的，并不是粒 子A变了之后传一个信息给粒子B， 粒子B再变化。所以这里没有发生 信息的传递，并不违反相对论。
为啥这两门学科可以交叉起来？
可以相互利用，产生新技术——量子技术 量子信息目的：利用量子力学的特性，实现经典信息科学
中实现不了的功能。 1、永远不会被破解的保密方法（专业名词:量子 密码） 2、传送术（专业名词：量子隐形传态）
传送术
窃听者
传统通信：电缆&光纤
不可拯救的缺点： 1、 窃听手段简单； 2、窃听者无法被察觉。
EPR粒子对:总自旋等于0
A B 00
测量A
足够远
A
B
0
1
EPR问：既然两个粒子已经离得非常远了，粒子B是 怎么知道粒子A发生了变化，然后发生相应的变化的？
EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
EPR观点：两个粒子之间出现 了“鬼魅般的超距作用”，信息 传递的速度超过光速，违反了狭 义相对论。所以，量子力学肯定
量子力学
信息科学
量子信息 1948年，香农
量子计算
量子因式 量子搜索 分解
量子通信 1993年
贝尔特 提出概 念
量子密码
1984年， Bennett Brassard提出BB84 协议
量子隐性 传态
1993年提出 实验方案
量子密码：利用信息载体（光子）的量子特性，以量子态作为 符号描述的密码。也称为“量子保密通信”或者“量子密钥分 发”。
EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
1935年，在《物理快报》发表《量子力学对于物理事实的描述是 完备的吗?》提出著名的EPR思想实验。
同年，薛定谔第一次引入了量 子纠缠的概念。发表了一篇论文《量 子力学的现状》，提出了著名的被称 作“薛定谔的猫”的思想实验。他是 第一个提出量子纠缠的人，可惜他认 为量子纠缠态在物理上不可能被实现。
一个电子可以处于两 个位置的叠加态，测 量它的位置时，会以 一定的概率发现它位 于这里，以一定的概 率发现它位于那里。
何为“量子纠缠”？
由A和B构成的复合系统，如果其量子态不能表示为子系统 态的直积形，则称为纠缠态。
AB
A
B
AA
如果通俗第解释：有两个粒 子A和B，它们在一个系统中产生， 把这两个粒子分别发向宇宙中很 遥远的地方，尽管它们相距的很 远，但如果对A粒子进行测量，B 粒子瞬间就会塌缩到一个状态上。
EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
1935年，在《物理快报》发表《量子力学对于物理事 实的描述是完备的吗?》提出著名的EPR思想实验。
论文试图利用一个思想实验来表明，因为量子力 学不能描述现实的定域性及确定性所以是不完备的， 量子理论应该漏掉了一个或者一些重要的隐变量。
EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
戴维·玻姆(David Joseph Bohm , 1917～1992)是饮誉当代的量子物理学家和 科学思想家。他以反潮流的大无畏精神和 严谨求实的科学态度对玻尔创立的量子力 学正统观点提出了挑战，同时致力于量子 理论的新解释。
• 1952年，戴维·波姆重新描述改造版EPR实验，扩展了隐变量参数理论； • 1957年，波姆和阿哈朗诺夫还提出了验证EPR佯谬的一个重要条件。他
普朗克
玻尔
海森堡 矩阵力学
狄拉克
薛定谔 波动力学
德布罗意 波粒二象性
爱因斯坦
既然量子力学出现已经超过了一个世纪，为什么 最近三十年又变得如此火热呢？
量子力学
信息科学
量子信息
量子力学与信息科学的 交叉学科——量子信息。
量子力学 量子计算
信息科学 量子信息
量子通信
量子因式 量子搜索 分解
量子密码
量子隐性 传态
们指出，要想证明EPR粒子对是否会像爱因斯坦等人所反对的那样运动， 就必须采用延迟决定装置。 • 1959年，波姆和阿晗朗诺夫发现了A-B效应CAharonov-Bohmeffect)， A- B效应是一种神秘的现象，就像纠缠态一样，具有非定域性的特点。 • 玻姆否定了定域性，但认为量子纠缠和A-B效应的非定域性的现象是因 为隐变量造成的，例如量子势。（认同隐变量参数理论）
• 反对派倒下了，量子力学赢了， 但EPR现象确实是一个真实的效 应，一部分科学家就此探索下 去，而另一部分科学家就想到 利用它。
量子技术
1948年，美国工程师香农（C.E.Shannon） 创立了信息论，标志着信息学成为一门 独立的学科而发展起来。
经典物理学的统治地位已被量子 物理学取代一样，建立在经典物理学 基础上的经典信息学最终会被建立在 量子力学基础上的新信息学——量子 信息学所取代。而由EPR所引出的“纠 缠态”概念，正是整个量子信息学的 基础。