#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

拖到现在才一早上把开端看完,然后结合之前看神秘博士和听Halloween的灵感想写一篇涉及现在和未来以及循环的小说,主要内容是未来和现在的自己对话,一些特定的时间地点和生活变化设计会很有趣,但是想来想去想不出太多对话内容。

反而受时事的影响写了一篇拐卖题材的小说,写完却怕被骂不敢发了,明早起来再想想...

【戴卫红:东汉简牍所见亭长及基层社会治安】
2010年在距湖南省长沙市五一广场中心约120米处,新出土了一批东汉简牍。该批简牍主要为东汉和帝(88—105年在位)至安帝(106—125年在位)时期,长沙郡及门下诸曹、临湘县及门下诸曹的下行文书,临湘县、临湘县下属诸乡、亭的上行文书。2015年12月、2018年10月中西书局相继出版了《长沙五一广场东汉简牍选释》(以下简称《选释》)、《长沙五一广场东汉简牍(壹)(贰)》(以下简称《壹》《贰》),学术界得以管窥五一广场东汉简牍一斑。这批简牍中有大量与司法、治安相关的内容,给我们研究东汉时期的亭长与基层社会的治安实态提供了新的材料。

【亭长的人选】
长期以来,中外学术界对秦汉亭长的职务、性质,就有不同的认识和理解。根据陈梦家、于振波等学者的研究,居延汉简、尹湾汉简中的亭长,秩次为佐史,低于斗食。何人能为亭长?《汉官仪》载:“材官、楼船年五十六老衰,乃得免为民就田。应合选为亭长”,亭长人选之一为年老的退役军人。而《汉书》《后汉书》记载,仇览“年四十,县召补吏,选为蒲亭长”;朱博、吴汉、逢萌等一般平民因家贫,给事县为亭长。五一广场东汉简牍《选释》木两行CWJ1③:325-2-11“祖给事县,署西市亭长”,便是如此。《壹》木两行2010CWJ1①:94“贪、祉、熊以故吏给事县。熊元兴元年十二月不处日,署长赖亭长”,熊以故吏给事县后署为亭长。侯旭东认为给事是秦汉以来官、民为官府工作的一种方式,西汉时基本不占编制。虽然亭长秩次低,但正式进入政府吏员编制。

【亭长的迁除】
如何署为亭长职任,史无详载。最早由《选释》披露的木两行CWJ1③︰193“廷书曰:故亭长李嵩病,邮亭掾赵竟勑楮溪例亭长黄详次领嵩职”,其中故亭长李嵩生病,由邮亭掾赵竟勑楮溪例亭长黄详次领李嵩的职务。“次”,《选释》注释云“按次序”。勑,通“敕”,《说文》:“勑,诫也。”简牍中多处出现了“敕”,因此《选释》对其注释为教诫、指令、命令等意。此处“敕”前的主语虽为某部邮亭掾赵竟,而从《壹》2010CWJ1③:165A面“丞优诣府对、掾隗议请:勑庾亭长伦亟召汣等”、《选释》CWJ1③:325-5-21“丞优、掾畼议请:敕理讼掾伉、史宝实核治决”这两枚都签署“诺”字的“君教”木牍来看,“敕”要经过县廷批准才下达,那么“楮溪例亭长黄详”次领李嵩亭长之职也要由县廷批准下达“敕”才生效。

《壹》木两行2010CWJ1③:199-3“今年九月不处日,良以吏次署杅亭长,将缣之亭”,其中载“良以吏次署杅亭长”,何谓“以吏次”?《选释》在木两行CWJ1①:113“普以吏次署狱掾”注释云“以吏职相近代行狱掾之职”,即认为“以吏次”为“以吏职相近”之意。肩水金关汉简、居延汉简中所载,地方吏员的迁除,多见“以功次”“以秩次”“以近秩次”。从连云港尹湾出土西汉元延(前12—前9年)前后《东海吏员簿》东海郡所辖各县(侯国、邑)各色吏员的顺序“令(长、相)—丞—尉—(官、乡)有秩—令史—狱史—啬夫—游徼—牢监—尉史—佐(官佐、乡佐、邮佐)—亭长”看,狱掾与狱史的秩级相当,为斗食吏,亭长秩次低于斗食,都属于低秩级的吏员,其迁除标准为“以吏次”,其依据之一可能便是任吏职的时间。而根据“良以吏次署杅亭长”,“楮溪例亭长黄详次领嵩职”的“次”也应为“吏次”。

【亭长的职责】
虽然亭长的秩次很低,但其与基层社会的治安密切相关。《续汉书·百官志》载亭长主要职责为“禁盗贼”,其本注云“主求捕盗贼”。从五一广场东汉简牍中大量案件卷宗可见,亭长直接主持调查案件并形成文书上报。《壹》木楬2010CWJ1①:112正面载“男子谢佑杀周苌亡本事。驷望亭主”。《贰》木楬2010CWJ1③:261-118A面载“男子谢孟杀由绥本,广亭主”。亭长为亭的负责人,那么也可将这两个案件理解为由驷望亭、广亭亭长主持。百姓碰到盗、贼,也会向亭长报案,《贰》木两行2010CWJ1③:261-23“置初舍笼中,十月廿五日出之市,还,不知缯五十五匹所在。诣御门亭长丁寿,告寿,收毄初……寿书到”,在这个案件中,缯的失主在第一时间到御门亭长丁寿处报案,丁寿收系嫌疑犯初,就形成文书上报。

直接捕、杀犯人。《选释》木两行CWJ1①:110“延平元年十月乙巳朔八日壬子,兼狱史封、行丞事永叩头死罪,敢言之:谨移案诊男子刘郎大奴官为亭长董仲所格杀爰书、象人一读”。《贰》木牍2010CWJ1③:261-18也详细记载了阳马亭长种写文书上报在掩捕小盗男子刘郎所有奴吉、官时,“官以矛刺种,种以所持刀斫官,创三所”而导致官死亡、并将吉捕系于亭的案情经过。

考实、实核治决案件。《选释》木牍CWJ1③:325-5-21“……属主记为移长刺部曲平亭长寿考实,未言,两相诬。丞优、掾畼议请敕理讼掾伉、史宝实核治决”。在以上的案件中,虽然委托曲平亭长寿考实,仍未查清。在此之后,丞、掾议请敕理讼掾伉、史宝实核治决。而从《选释》木牍CWJ1③:325-4-43“理讼掾伉、史宝、御门亭长广叩头死罪白:廷留事曰……伉、宝、广叩头死罪死罪。奉得留事……实问……复言”可见,亭长也参与这种实核治决。

亭长还与贼捕掾、游徼配合调查、考实案件。《选释》木两行J1③:325-1-54正面:“延平元年二月己酉朔廿七日乙亥,左部劝农贼捕掾浩、游徼兴、庾匀亭长栩叩头死罪死罪敢言之。廷书,男子樊柱自言,与姊丑争财物。”《壹》木两行2010CWJ1②:124A面载“永初元年正月癸酉朔廿日壬辰,东部劝农贼捕掾迁、游徼尚、驷望亭长范,叩头死罪敢言之:廷书曰言:男子吴辅斗伤弟妻爢,亡”,以上左部劝农贼捕掾毛浩、东部劝农贼捕掾黄迁与游徼、所部亭长就某一案件配合核实,之后形成文书上报。《续汉志》:“乡置有秩、三老、游徼……游徼掌徼循,禁司奸盗。”游徼和亭长负责乡、亭中的治安,各部劝农贼捕掾是县廷派驻各部负责农事、捕盗的属吏,庾匀亭、驷望亭分别是左部和东部劝农贼捕掾驻扎的亭部,因而县丞、廷掾要求各部贼捕掾带领其所部游徼和亭长共同负责核实案件信息。

奉命传召嫌疑人、证人。《选释》木牍CWJ1③︰165A面“左贼史迁、兼史修、助史详白:府赵卒史留事,召男子张阳、刘次、次舍客任惠将诣在所。教今白。丞优诣府对,掾隗议请勑庾亭长伦亟召次等,将诣廷”,便是敕庾亭长伦传召本亭部次等嫌疑人。《壹》木牍2010CWJ1①:4载“永初四年三月乙酉朔廿五日己酉,书佐修叩头死罪敢言之:□廷前受遣赍赦,与南山、高置亭长纯、护逐召证人赦。即日到南山亭,辄与□□逐召赦,人在高置亭。”此牍记载南山亭长到南山亭逐召证人赦,因赦在高置亭,因此高置亭亭长护也参与了此次行动。

检举罪行。《选释》木牍CWJ1③:71-26“冯□建格,物故。亥、□及泛等别劾。永元十六年七月戊午朔十九日丙子,曲平亭长昭劾,敢言之。”《选释》注释“劾”为“检举罪行”。

上述亭长的职任反映出当时临湘基层社会的治安实态。亭长所调查的案件,不仅有侵犯他人衣物、田地、财产的经济罪,还有殴杀、格杀、射伤等杀人、伤害罪,涉及民事、刑事等多方面。案件发生的地点有的在临湘县内,还有的在长沙郡不同县。所涉及的人不仅有临湘本地吏、民,还有来自其他郡县的流民或客、商人等。在司法案件中对嫌疑人或证人居住地的调查、书写时,强调其所居住的某乡亭部某丘,可见在治安系统中,在广大的非城镇农村丘陵地区,更注重的是涉案人的房产所在地。随着长沙五一广场东汉简牍的陆续出版,期待有更多更丰富的资料来推进对东汉地方政治和司法治安的研究。

(来源:《中国社会科学报》2019年03月14日,转自公众号:秦汉史研究)


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