像量子纠缠这种颠覆直觉的现象，是怎么在现实的实验中被发现的呢？

在这里，我讲一下如何做量子纠缠的实验，当你了解了整个实验过程，就能明白量子纠缠不是什么玄幻，而是严谨的科学现实。

第一步，制备纠缠的光子。

怎么制作呢？

科学家会用一束高能激光照射一种晶体，激光是电磁波，它带有电场，它的电场会强烈地拉扯晶体里的电子，让电子发生振动，这种振动会让一部分高能量的激光光子分裂为两颗低能量的光子，这两颗光子是从一个母体中生出来的，就像是一对双胞胎，所以它们要同时满足能量守恒、动量守恒和角动量守恒。

也就是说，它们的总能量、总动量、总角动量这些物理量，加起来都要跟原来的一样，那么这两个小的光子就应该是完美互补的。

那具体是怎么互补的呢？我可以举个例子。

光在传播的时候是携带着电场的，电场的振动方向叫作偏振，如果电场总是沿直线振动，这就是线偏振，线偏振其实可以理解为是两种旋转状态的叠加，一个在顺时针旋转，一个在逆时针旋转，这两种状态叠加起来净旋转为 0，看起来就像是在直线运动。

当原来的大光子分裂成两个小光子时，如果我们测量它们的偏振方向，就会发现：如果一个是顺时针旋转，另一个必然是逆时针旋转，它们的旋转必须完美互补，净旋转也要为0，才能保证角动量守恒。

但最关键的地方是，在测量之前，我们没有办法分辨，到底是哪一个光子是顺时针旋转的，哪一个是逆时针的，并不是因为测量技术有限，而是这一对光子处于整体纠缠的叠加态，它们既在顺时针旋转又在逆时针旋转。

第二步：把纠缠的光子分开。

光子诞生以后，就不会再停下来，而是会往不同的角度飞，它们的飞行方向也是互补的，如果一个往右飞，另一个就会往左飞，看起来就像两条对称的光带，光带上承载着无数对纠缠的光子。

科学家会计算好光子的飞行路径，然后在对称的光路上，分别放置探测器来进行探测。

如果是特别远的距离，比如中国的“墨子号”卫星做过这个实验，它把距离扩大到了1200公里。

卫星先在太空中生成纠缠光子对，然后用两个独立的光路把它们分别发射给地球上两个城市的接收站：一个光子飞往丽江，另一个飞往德令哈。

每个光子都沿着预设的轨迹在空中飞行，这样它们虽然飞了很遥远的距离，仍然被准确地接收到。

第三步：对光子分别进行测量。

探测器开始接受光子信号，并且对纠缠的光子进行测量。你可能会想：两地相隔上千公里，科学家怎么知道两边探测到的是同一对光子？答案是靠时间同步。

每一对纠缠光子从诞生的那一刻起，它们的飞行路径和速度都是可计算的。科学家可以精确预测光子到达探测器的时间，时间精度高到纳秒，甚至皮秒级别，然后再通过电脑的比对，就能准确地匹配出真正纠缠的光子。

除了匹配光子，还要对它们进行测量。科学家会在探测器前面放一块可以旋转的偏振片，偏振片有点像一扇百叶窗，只允许特定方向振动的光通过。

如果光子的偏振方向恰好对齐，它就能穿过；如果倾斜 45 度，通过率变成 50%，倾斜 90 度，通过率变成 0。

测量的过程，其实就是让光子的偏振方向，从叠加的状态，坍缩成一个确定的结果。

两地的科学家会分别随机地、不停地切换偏振片的角度，去观察这两颗光子的测量结果，看看在不同的角度下，它们还能不能保持某种关联。

第四步：比对光子的关联度。

怎么判断光子之间有纠缠般的关联呢？

单独看每一个光子，它的结果都是随机的，就像一次次投硬币，有时通过，有时被挡，毫无规律。

但当你把成千上万对光子的结果叠加起来比对时，就会发现一个惊人的统计规律：这两边的随机性居然有强烈的关联。

如果一边的光子选择“通过”，另一边的光子也会给出对应的结果，这种关联随着测量角度的变化，呈现出一种精确的数学曲线，而且它们不仅有关联，关联程度还超过了经典物理所允许的上限，也就是贝尔不等式给出的上限。

贝尔不等式是我上期详细讲过的内容，它的意思是说，如果这两个粒子的关联是靠事先约定好的规则，或者什么隐藏的信息在维系，那么在如此严苛的随机测验下，它们的关联强度不会太高，贝尔不等式给的这个关联数值的上限是 2。

但实际的结果明显高于这个上限，甚至可以达到 2.7 以上。这意味着，这两颗光子的关联，不是靠提前预设好的规则和因果，而是真正意义上的、非局域的纠缠关系，哪怕相隔上千公里，它们仍像同一个整体的两端，共享着同一个量子态。

这就是量子纠缠的实验过程。

在 2017 年，中国“墨子号”的实验，实现了迄今为止最远距离的量子纠缠的实验，横跨 1200 公里。

你看，只要你了解了它的底层逻辑，量子纠缠就不再是玄学，而是非常有趣的科学实验。

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