不过,即使只是一个位元的量子电脑,也能做到一般电脑做不到的事:在「自然」状态下去读取一个量子电脑的状态,有一半的机率可以读到「零」,一半的机率可以读到「壹」。这可是最好的随机变数!一般电脑里的随机变数,其实都是假的;根据一定的公式算出来的东西,怎可能是「随机」变数呢?
假如,现在有一个拥有两个位元的量子电脑,我们想要从一个位元将资讯抄到另一个位元。如果本来要抄的状态是|0>或者|1>都没有问题,抄过去都是和原来一模一样;当然,抄的时候,我们必须用一个雷S光,先去读第一个位元的资讯,再去写第二个位元的资讯。但是当第一个位元是一个介於|0>|1>间的状态时问题就来了:量子力学告诉我们,任何一个测量,都会把这样的一个状态变成|0>或变成|1>。因此抄过去以後,两个都变成|0>或者两个都变成|1>。这个现象是量子电脑特有的,叫做不可移植。当然,有一些资讯就在这个读取的过程中遗失了。一个本来就不确定的状态是不能复制,也不能观测而不g扰它的。当有两个以上的位元时,还会产生所谓的缠结态;例如,|01>-|10>这种既不属於|0>也不属於|1>的状态也是量子电脑所特有的。
假设一个零自旋中Xπ介子衰变成一个电子与一个正电子。这两个衰变产物各自朝着相反方向移动。电子移动到区域A,在那里的观察者「Ai丽丝」会观测电子沿着某特定轴向的自旋;正电子移动到区域B,在那里的观察者「鲍B0」也会观测正电子沿着同样轴向的自旋。在测量之前,这两个纠缠粒子共同形成了零自旋的「纠缠态」,是两个直积态的叠加,两种状况叠加在一起,每一种状况都有可能发生,不能确定到底哪种状况会发生,因此,电子与正电子纠缠在一起,形成纠缠态。假若不做测量,则无法知道这两个粒子中任何一个粒子的自旋,根据哥本哈根诠释,这X质并不存在。这单态的两个粒子相互反关联,对於两个粒子的自旋分别做测量,假若电子的自旋为上旋,则正电子的自旋为下旋,反之亦然;假若电子的自旋下旋,则正电子自旋为上旋,反之亦然。量子力学不能预测到底是哪一组数值,但是量子力学可以预言,获得任何一组数值的机率为50%。
&丽丝测量电子的自旋,她可能会得到两种结果:上旋或下旋,假若她得到上旋,则根据哥本哈根诠释,纠缠态塌缩为第一个项目所代表的量子态,随後,鲍B0测量正电子的自旋,他会得到下旋的机率为100%;类似地,假若Ai丽丝测量的结果为下旋,则纠缠态塌缩为第二个项目所代表的量子态,随後鲍B0会测量得到上旋。
量子电动力学与反粒子
在用舒留定格方程式计算原子光谱时,电子之受力,主要只是库l定律所描述的静电力。在带电质点速度低的时候,这种做法是合乎理论的;也得到了正确的结果。但如果速度较高,则「较完整的」麦克斯威的方程式,便与库l定律不同。
量子力学完成之後,顺理成章的事便是要把麦克思威的电磁场用在量子力学里。何况,在舒留定格的理论中,「光子」尚未有着落。
早在1927年,英国的狄拉克便写下了描述电子在电磁场中运动的量子方程式。这个方程式,有很多成功的地方:它与Ai因斯坦的「狭义相对论」相合,它可以很自然地描述电子之「自旋」,并计算出由其引起的磁X。
1狄拉克的方程式中有两解,其一是普通的电子,但另一种是当时尚未发现的带正电的「正子」。电子与正子可相互「消灭」而生成两光子,故又称「反物质」。狄拉克对「正子」之存在,并无信心他一度希望它是质子。但1930年,安德森美,,1905-1984就在宇宙S线中找到了「正子」。此後「反质子」,「反中子」陆续都被找到。现在我们相信,所有的物质都有其「反物质」。
2在狄拉克的理论中,很难避免带电粒子「自我作用」的能量问题。这两个问题之间有相当的关系:因为量子之测不准原理,故即使在真空中,也可「凭空」制出电子与正子的「虚粒子」对。这种「虚粒子」的生命虽甚短,但因有这种现象,所以一个电子也有很多种「虚」作用,这就会导致无限大。这个问题一直到二次大战之後,才得到解决。完成「量子电动力学」的主要人物是两位「道地的」美国人:史温格,1918-与费因曼,1918-1988,他们都出生於纽约。二次大战期间,史温格与费因曼都在制造原子弹的「曼哈坦计画」中作过工作。战後两人分别地完成了「量子电动力学」,克服了所有的无限大1948。带电粒子之间的相互作用,以「光子交换」的形式来传递「力」被「粒子」传递,成为此後「量子场论」的常轨。史温格的方法中有很多计算,费因曼却有全新的记述法:用图形来表示繁复的计算,这就是有名的「费因曼图示法」。因为其明白易懂,以後受到普遍的采用。两种方法表面很不一样,但也被证明为等效。
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