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量子计算挑战爱因斯坦:探讨现实的更深层次

2026-10-25 5975

一位物理学家在接受采访时提到“我们可以排除认知解释”,而这个观点却并没有在他刚发布的论文中出现。论文内容相对克制,而采访时的表述则引起了极大的关注。这样的差异间隙中,蕴含着近来被称为“百年争论终于有了结论”的量子计算机实验。

量子物理的基本概念中,描述一个量子状态的是波函数,通常以希腊字母Psi表示。无论是微小的光子还是宏大的宇宙,波函数都能提供其描述。然而,波函数本身是无法被直接观测或测量的,只能用来计算某种状态出现的概率。例如,它可以告诉你一个光子在某个特定点出现的概率为10%。至于光子是否真会出现在这个位置,量子力学无法提供明确的答案。

可以将这比作掷骰子,若掌握所有信息理论上是可以预测点数的,然而我们无法做到这一点因为缺乏必要的细节。波函数是否只是一个隐藏了细节的平均描述?为此,物理学家提出了一个概念叫作“隐藏变量”,若存在这种变量,则波函数并不是真正的存在,而是我们对于现实知识的记录。

爱因斯坦曾主张量子力学的不完整性,认为背后必然存在隐藏变量。他的论据很有说服力:假设一个光子在某个位置的出现概率为10%,一旦测量,这个光子出现的地点就会被确定,波函数需发生“更新”。如果波函数仅仅是知识的反映,那么这种更新并不能被视作一个物理过程,这就意味着一种瞬时的超距作用,但爱因斯坦认为这是不可能的。

新研究团队试图动摇爱因斯坦的立场,他们提出了PBR定理,这个定理的核心思想是量子力学要求的每种状态不可能有一个明确的测量结果。若一个光子有两个状态,一个向左,一个向右,那它们的叠加状态(A+B)会包含这两种状态的成分。隐藏变量理论则需要说明这样叠加状态的隐藏变量要与原有状态相关联。然而,PBR定理证明了存在一组状态和系数的组合,使得某个测量结果的概率必须为零,而任何隐藏变量的配置都无法实现这个零。

实施的新实验将此理论在量子计算机中进行验证,結果与量子力学的预测完全一致,令人难以置信。然而,这并不能证明波函数的真实性,原因有二。首先,这一验证并不能消除隐藏变量的可能性,PBR定理的前提是A+B的隐藏变量是A和B隐藏变量的某种组合,但这种假设并无必然性,完全可以设定不同的隐藏变量。

其次,波函数的真实含义自量子物理诞生以来一直存在争议。玻尔,作为哥本哈根解释的奠基人之一,坚信波函数并不是真实的存在,而是一种用以描述系统和提升认知的工具。PBR定理将哥本哈根解释归类为“真实”,与玻尔的初衷完全相悖。

最终,这种争论的关键在于如何定义相关概念。一些人可能无意中改变了这些词汇的意义,然后宣称这场延续百年的争论有了结论。换言之,物理学界的争论未必因重新定义而取得实质进展。值得注意的是,研究者在论文中并未强调排除隐藏变量,也未声称波函数非认知,而这些观点在媒体采访中却被曲解了。

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