#量子纠缠究竟是什么#
什么是“纠缠”?
这是系统各部分之间的相关性。假设您有一本 100 页的书,如果您阅读 10 页,您将了解 10% 的内容。如果你再读 10 页,你会再学到 10%。但在一本高度纠缠的量子书中,如果你一次读一页——甚至是 10 页——你几乎什么也学不到。信息没有写在页面上。它存储在页面之间的相关性中,因此您必须以某种方式一次读取所有页面。
再比如,我们读包含有20个字的一句话,我们需要把整句话读完才能准确明白这句话的意思。显然,这句话的信息不仅仅只是这20个字的信息的简单叠加,更主要的是这20个字之间的关联性。
进入到量子世界,当两个或多个粒子以某种方式连接起来时,无论它们在空间中相距多远,它们的状态都会保持连接。这意味着它们共享一个共同的、统一的量子态。因此,对其中一个粒子的观察可以自动提供有关其他纠缠粒子的信息,而不管它们之间的距离如何。对纠缠态的一个粒子的任何动作都将不可避免地影响纠缠系统中的其他粒子。
谁发现了量子纠缠?
物理学家在 20 世纪初期研究量子力学时,发展了纠缠背后的基本思想。他们发现,为了正确描述亚原子系统,他们必须使用一种叫做量子态的东西。
在量子世界中,没有什么是确定的。例如,你永远不知道原子中电子的确切位置,只知道它可能在哪里。量子态概括了测量粒子特定属性的概率,例如其位置或角动量。因此,电子的量子态描述了可能找到它的所有位置,以及在这些位置找到电子的概率。
量子态的另一个特征是它们可以与其他量子态相关联,这意味着对一种状态的测量会影响另一种状态。在 1935 年的一篇论文中,阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森研究了相关量子态之间相互作用的强度。他们发现,当两个粒子强相关时,它们会失去各自的量子态,而是共享一个单一的、统一的状态。这种统一状态将被称为量子纠缠。
如果两个粒子纠缠在一起,这意味着它们的量子态密切相关并变得统一,那么无论粒子彼此相距多远,对其中一个粒子的测量都会自动影响另一个粒子。
第一个使用“纠缠”这个词的物理学家是埃尔文·薛定谔,他将纠缠描述为量子力学最本质的东西。
什么是 EPR 佯谬?
正如爱因斯坦、波多尔斯基和罗森发现的那样,纠缠是瞬间出现的:一旦你知道一个量子态,你就会自动知道任何纠缠粒子的量子态。原则上,你可以将两个纠缠的粒子放在星系的两端,并且仍然拥有这种瞬时知识,这似乎违反了光速的极限。
这一结果被称为 EPR 悖论——爱因斯坦将这种效应称为“远距离的幽灵行为”。他用这个悖论作为量子理论不完备的证据。但实验一再证实,无论距离如何,纠缠粒子确实会相互影响,而量子力学至今仍得到验证。
尽管纠缠系统不保持局域性(意味着纠缠系统的一部分可以立即影响遥远的粒子),但它们确实尊重因果关系,这意味着结果总是有原因的。远处粒子处的观察者不知道本地观察者是否扰乱了纠缠系统,反之亦然。他们必须以不超过光速的速度相互交换信息才能确认。
换句话说,光速施加的限制仍然适用于纠缠系统。虽然您可能知道远处粒子的状态,但您无法以比光速更快的速度传达此信息。
如何构建量子纠缠?
有许多方法可以产生纠缠粒子。一种方法是冷却粒子并将它们放置得足够近,以便它们的量子态(代表位置的不确定性)重叠,从而无法将一个粒子与另一个粒子区分开来。
另一种方法是依靠一些亚原子过程,如核衰变,自动产生纠缠粒子。还可以通过分裂单个光子并在此过程中产生一对光子,或通过在光纤电缆中混合光子对来创建纠缠光子对。
量子纠缠有什么用?
也许量子纠缠最广泛使用的应用是在密码学中。在这种情况下,发送者和接收者建立了一个安全的通信链接,其中包括成对的纠缠粒子。发送方和接收方使用纠缠粒子生成只有他们自己知道的私钥,他们可以使用这些私钥对他们的消息进行编码。如果有人拦截信号并尝试读取私钥,纠缠就会中断,因为测量纠缠粒子会改变其状态。这意味着发送方和接收方将知道他们的通信已被破坏。
纠缠的另一个应用是量子计算,其中大量粒子纠缠在一起,从而使它们能够协同工作以解决一些大而复杂的问题。例如,只有 10 个量子位的量子计算机可以表示与 2^10 个传统位相同的内存量。
什么是量子纠缠隐形传态?
与通常使用的“传送”一词相反,量子传送不涉及粒子本身的移动或平移,相反,在量子隐形传态中,关于一种量子态的信息被传输很远的距离并在其他地方复制。最好将量子隐形传态视为传统通信的量子版本。
首先,发送者准备一个粒子来包含他们想要传输的信息(即量子态)。然后,他们将这种量子态与一对纠缠的粒子中的一个结合起来。这会导致另一个纠缠对发生相应的变化,它可以位于任意距离之外。
然后接收器记录该纠缠对的变化。最后,发送方必须通过正常通道(即受光速限制)传输对纠缠对所做的原始更改。这允许接收器在新位置重建量子态。
传递一条微不足道的信息似乎需要做很多工作,但量子隐形传态可以实现完全安全的通信。如果窃听者拦截了信号,他们将打破纠缠,当接收者将传统信号与纠缠对中所做的变化进行比较时,就会发现纠缠。
纠缠在量子计算中的应用
简单的 2 量子位纠缠对 (EPR) 在量子计算中有一些已确定的应用,包括:
超密集编码
简而言之,超密集编码是使用 1 个纠缠量子位传输 2 个经典信息位的过程。超密集编码可以:
允许用户提前发送重建经典消息所需的一半时间,让用户以双倍速度传输,直到预先交付的量子位用完。
通过在高延迟通道上发送一半的信息来支持从低延迟通道传来的信息,从而将高延迟带宽转换为低延迟带宽。
在双向量子信道的一个方向上双倍经典容量(例如,将带宽为 B 的双向量子信道(在两个方向上)转换为带宽为 2B 的单向经典信道)。
量子密码学
密码学的关键是在两方之间提供安全通道。纠缠实现了这一点。如果两个系统纯粹纠缠在一起,则意味着它们彼此相关(即,当一个系统发生变化时,另一个系统也会发生变化)并且没有第三方共享这种相关性。此外,量子密码学受益于不可克隆定理,该定理指出:“不可能创建任意未知量子状​​态的独立且相同的副本”。因此,理论上不可能复制以量子态编码的数据。
量子隐形传态
量子隐形传态也是两方交换光子、原子、电子、超导电路等量子信息的过程。传送允许 QC 并行工作并使用更少的电力,从而将功耗降低 100 到 1000 倍。
量子隐形传态与量子密码学的区别在于:
量子隐形传态通过经典通道交换“量子”信息
量子密码学通过量子通道交换“经典”信息
目前量子隐形传态面临的挑战是:
传送的信息量
在传送之前,发送方和接收方之间共享的量子信息量。
发送者应该拥有该对的一个量子位,而接收者应该拥有该对的另一个量子位
发送方和接收方量子比特之间的先验相关强度增加了量子通道的容量
作用于量子通道的隐形传态电路噪声

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两个“姚家站”相距一公里, 居民直呼不方便!
原创 刘占新 热搜大连 2022-02-21 16:48

走出姚家地铁站
想换乘公交得走近1公里
才能抵达14条线路汇集的
“姚家公交站”
另一大站“大北建材市场”
直线距离也有近500米……

“冬天晚上坐地铁回家,想换乘公交车得顶着风走几百米,这滋味真不好受!”这是不少家住姚家、南关岭方向市民的呼声。

居民反映:公交站“有点远”
市民李先生家住姚家工业区附近。他说,随着南关岭、姚家等地的开发,不少新市民入住这一区域。但是他发现自从地铁一号线姚家站前连接东快路与姚家路(渤海大道)的姚东路建成通车以后,地铁站和公交站之间的距离太远,这一问题日渐突出。
“出了姚家地铁站,姚家路方向最近的公交站点大北建材市场站距离五六百米,并且这一站并不是所有经过的公交车都停。向东下一站点锻造公司站有1公里之遥,遇上寒冷天气或者刮风下雪,走这么远的路实在痛苦得很。”
以李先生本人为例,他要返回住处,需要在地铁一号线姚家站下车后,转乘502路公交车。但该车停靠的“姚家公交站”,距离地铁姚家站需要步行1公里。“对于老年人而言,走这段路更不易。”
另一个“吐槽”地铁站公交站距离的群体是驾校学员们。在姚家某驾校报名学车的张女士说,她学车需要乘坐地铁到姚家站下车,然后转乘公交车到驾校。因为地铁站公交站距离远,不少驾校学员会乘坐在地铁站出口揽客的私家车。

记者探访:两个“姚家站”相距1公里
姚家地铁站是地铁一号线北侧端的始末站,所处位置相对偏僻,该站位于姚东路东侧。旁边除了与地铁站配套的停车场外,还有一家驾校。
车站往北50米左右,有一座跨越姚东路的人行天桥。从姚家地铁站出来的乘客,大多经这个天桥过道。
站在天桥上,记者看到,居民小区大多分布在姚东路西侧。居民楼距离人行天桥至少100米以上。居民小区与姚东路之间,是一大片田野。下了天桥的乘客,顺着田野中的一条土路,就近可走到居民小区旁的姚运街上。
记者随着下车客流往这个方向走时,发现这条路并不好走。从姚东路下到田野小道的路不长,却很陡峭,坡度在50度上下。一位住在附近的老年人说:“前些天下雪后我从这儿走,因为路面坑洼湿滑摔了一跤。”这位老人说,遇到降雨天气,路面泥泞更加难行。而且此处没有路灯,更增加了步行危险。
穿过这条土路,记者转到姚家路上,再步行数百米,才找到了“姚家公交站”。站牌显示:此处有1路、8路、502路等14个公交线路经过。但该站和地铁一号线姚家站的步行距离为1公里。即使穿过记者刚才走的这条土路,也需要步行700米。
附近另一个公交大站,是位于姚家路和姚东路交汇处附近的“大北建材市场站”。这里有1路、518路等6个公交线路经过。从地铁一号线姚家站抵达此处,需沿姚东路步行近500米。但是在这里等车的乘客说,下地铁后想从此处转乘公交车,只有1路公交车始末车时间与地铁的运行时间接近。
不少乘客称,地铁末班车到晚上十点半,而姚家的公交车,通到晚上十点的少之又少。“深夜下了地铁,公交车往往都停运了。只好打车或者打黑车换乘,很不方便。”一位乘客表示。

记者在走访过程中发现,在地铁一号线姚家站附近,还有1107路公交车的始发站“祥和花园站”。这一站点位于姚运街上,虽然距离地铁站较近,只有200多米远。但该车从此处始发,通向胜利桥北。其主要运行区间及方向和地铁线路大多重合。坐地铁在姚家下车的乘客,很少有人选择此公交线路换乘。

现象:换乘不便催生“摆渡车”
记者在采访中发现,在地铁一号线姚家站出站口,还聚集了不少难辨身份的私家车。
记者探访期间刚出站,就有人从台阶下迎上来。“去哪?打车走不走?”有附近居民表示,这些车辆中,有的是网约车,有的则是无手续运营的“黑车”。由于换乘公交不便,从而给这些不正规的“摆渡车”提供了市场。甚至有车辆专门在此拼客,为了抢乘客还发生过打架事件。
“如果有公交车能在姚东路上开设站点,经停地铁站前,能更方便市民出行。”有市民通过网络建议。
而记者查询发现:同为地铁始末站,一号线的河口站距离最近公交车站为60米;二号线辛寨子站为90米;二号线海之韵站为20米,均可实现“无缝换乘”。

相关部门:目前没接到迁移延伸通知
2月21日上午,记者拨打968600公交服务热线,反映姚家地铁站公交站换乘困难问题。工作人员答复:目前,公交部门没有接到公交线路迁移、延伸的通知。
随后,记者来到大连市交通局。相关负责人表示,局里高度重视姚家地铁站的公交接驳工作,多次组织公交企业到现场进行实地考察,因不具备停回车条件,暂无法开通公交线路。
为了解决姚家地区市民换乘地铁1号线,组织公交企业先后开通了502路和1125路等公交线路,将姚家地区公交薄弱地区与大连北站地铁站有效接驳。
下一步,还将积极协调相关单位,完善姚家地铁站周边公交基础设施,为姚家地铁站早日引进公交线路创造必要条件。

短评
两站间距500米,到底远不远?
从地铁一号线姚家站,到距离最近且具有实际换乘意义的“大北建材市场”公交站,距离500米。这段路程算不算远?不同的人可能会给出不同的答案。
年轻小伙,健步如飞。500米路程可能只需要五六分钟。但对于年迈老人、独行女子而言,冬日寒夜在没有路灯的路上步行500米,可能并非愉快舒适的体验。
或许有人说,在姚家这种城乡接合部,公交和地铁站点之间能做到距离500米,已经算挺不错了。但城市公共交通,是广大市民的基本出行需求,是城市功能正常运转的基础支撑。
作为33个“国家公交都市建设示范城市”之一,大连一直努力在最大可能的限度内,满足绝大多数群体的需求。这不仅可以增加这一区域的居民流动和社会运行效率,也无疑会增强居民的幸福感和获得感。
从另一个角度而言,作为城市的流动血脉,公共交通应该伴随城市经济和社会发展的脚步不断前行。昔日姚家曾是“城边子”,如今已成“城市副中心”。地铁一号线一路向北,乘客人流渐增就是明证。
在这样一个居民越来越多,交通越来越密集的新兴区域,理应尽快补齐过往站点建设的短板,打通城市交通“最后一公里”。如何让市民更方便地无缝换乘地铁公交,享受城市发展的红利,这需要相关部门的详细考察和规划,更需要及时倾听居民的呼声与建议。万恒

文图:大连新闻传媒集团记者 刘占新

编辑:刘美玉

校对:赵卓

主编:一帆


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