量子糾纏的構建與特征關聯研究

滕晶

摘 要：量子糾纏認識論的研究揭示了實在本體屬性與整體關聯的本質關系，是科技哲學理論的新發展。本文基于認識論的觀點，深入地剖析了量子糾纏體系結構特征，表明量子糾纏是一個由本體屬性過渡到整體特征的認識過程，挖掘出量子信息領域新的認知方法，對人類認知思維的進步具有深刻的意義。

關鍵詞：量子糾纏；特征關聯；認識論；波函數

量子信息研究領域在近幾年發展迅速，并獲得了諸多突破，推動著計算機和信息通信領域的發展，有非常樂觀的應用前景。不同于經典的信息處理方式，量子信息處理利用了粒子的量子力學特性。而量子糾纏理論被認為量子信息處理的重要理論，是區別于經典力學的本質特性[1]。深入認識和理解量子糾纏的構建機制，能夠為量子信息領域的理論和技術研究提供全新的思路，為科技哲學的認識論帶來深層次的理論依據，為信息思維、能力思維、物質思維和客觀世界的復雜性思維提供系統的認識方法。

一、量子糾纏的構建

按照量子糾纏的定義[2]，如果復合系統的純態不能寫成子系統純態的直積，即，那么這個態為糾纏態，即

式中，表示子系統的基本屬性簇；由n個微觀粒子子系統組成復合純態系統

，

其中，為希爾伯特空間的直積態或非糾纏，假設存在

，，…，

使得不成立，那么就稱這n個微觀粒子之間糾纏。

如果存在n個不同的態，當tt0時，假設這些態之間發生相互作用，形成更大的復合系統Hi，Hi =H1H2×…Hn，這一系統的狀態特征可用波函數表征。若無法將獨立的狀態特征分立出來，那么該表征僅僅是描述復合系統的特征概率。這意味著，若發生糾纏態，則至少存在不少于兩個的量子態的疊加，構成一個復合的整體。這種量子糾纏理論說明，發生相互糾纏的量子態之間存在特定的關聯作用，當對某一實在進行操作時，與其發生糾纏的其他實在的特征也會發生變化[3]。這種糾纏關聯關系不僅呈現某一實在的固有屬性，并且描述了糾纏關聯的復合系統的整體特征。

物質實在的本體具有特殊性的物理屬性，物質本體固有屬性的認知過程與物理本體有一定區別。對于微觀物質來說，它除了擁有宏觀物質的基本特性以外，還具有波動性特征，構成微觀物質的雙重屬性。量子力學中的波函數公設認為：“一個微觀粒子的狀態可以用波函數來完全描述”[4]。從認識論來看，微觀粒子的波函數具有兩個維度的涵義：第一，波函數包含了微觀粒子的全部狀態特征信息，操作波函數的過程就是對微觀粒子的現有狀態和固有屬性的認識過程；第二，操作波函數時，不同波函數所表征出來的特性有所區別，只有對波函數進行多次操作，才能得到微觀粒子的全部特征。

大量的實驗研究表明，任何實在本體都具備兩種基本屬性：本體客觀存在的直接屬性和基于或然存在的間接屬性[5]。這兩種基本屬性共同構成實在本體的特征，可通過波函數進行表述。同樣地，復合系統通過糾纏關聯建立系統的整體特征，用復合系統的波函數來描述。對于完全獨立的多個實在本體所組成的復合系統，可以通過波函數來表征每個實在的屬性。當對復合系統進行某種操作后，系統不能將每個實在的屬性孤立地表征出來，此時復合系統的整體特征通過糾纏的實在間的關聯作用來表征。對糾纏系統某個子系統的操作會使得其他子系統的特征發生變化，表明量子糾纏是一個由本體屬性過渡到整體特征的認識過程。

二、量子糾纏的特征關聯

量子信息理論的本質屬于哲學范疇[6]，對量子糾纏的認識，不光要對實在本體產生全新的認識，也要對實在個體到整體關聯運用新的研究思路。

量子糾纏的關聯特性凸顯了復合系統中原獨立實在之間的相互作用關系。狄拉克曾在1931年斷言存在理論上的“磁單極子”[7]，但至今仍未找到足夠的實證。由單極子組成的磁體所體現的實在，對“磁單極子”本體的認識遠遠少于由單極子組成的磁體實在的整體特征的認識。也就是說，量子糾纏在整體表象與特征關聯的關系上，一方面揭示了實在本體的關聯與內在的依存關系，另一方面體現了本體的固有屬性。

為了量測相互糾纏的實在之間的關聯程度，由此出現了糾纏度的概念[8]。從認識論來看，它界定了局域空間的有限性，不同的實在本體在多個空間形成糾纏關聯，從而構建我們的世界觀。相互糾纏的實在之間的糾纏度越大，則邊界越模糊，局域越稀疏，實在特征屬性的描繪就越復雜；反之，糾纏度越小，則邊界越明確，局域越緊促，實在特征描繪越簡單。量子糾纏是非局域的，是客觀實在之間主體介入的間接存在。每個實在本體包含特征信息，利用糾纏操作實現信息的傳遞。所以說，量子糾纏擁有識別和存儲實在本體的特性，體現了對整體關聯的認識，代表了統一認識論觀點的形成過程，是哲學理論在量子信息科技領域的拓展和延伸。

量子糾纏關聯是客觀實體最本質的特征，通過這種關聯，搭建了實在本體與主觀存在之間的關系。從理論技術的角度來說，如果缺少了量子糾纏關聯的研究，那么量子通信只會是現代信息理論技術的簡單發展。量子糾纏的構建機制與特征關聯的研究，向人們展現了經典力學無法描繪的圖景，表明微觀粒子不存在孤立的特征[9]。深入探究量子糾纏的認識論，挖掘新的認知方法，對人類認知思維的進步具有深刻的意義。

參考文獻：

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[8] Bennett C H， Divincenzo D P， Smolin J A， et al[J].Phys. Rev. A.， 1996，54（5）：3824.

[9] 潘平，楊明. 量子信息的本質特征及哲學意義[J].貴陽：貴州大學學報（社科版），2003（3）：28-31.