国家自然科学一等奖的“量子纠缠”到底是个啥?

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2016年01月11日 08:04 新浪科技
2015年度备受瞩目的国家自然科学奖一等奖，颁给了中国科学技术大学潘建伟院士领衔的“多光子纠缠及干涉度量”项目。



文章来源：科通社 赛先生

　　张文卓 (中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心、中国科学技术大学上海研究院副研究员)

　　(资料来源于中国科普博览、中科院之声)

　　近日，潘建伟院士带领的中国科学技术大学团队的“多光子纠缠和干涉度量学”获得了2015年度国家自然科学一等奖，是中国自然科学领域的最高奖项。该团队也 打破了国家自然科学一等奖历史上最年轻团队的记录。五位完成人按获奖顺序依次为潘建伟院士、彭承志教授、陈宇翱教授、陆朝阳教授、陈增兵教授。其中潘建伟、彭承志、陈增兵三位为“70后”，陈宇翱和陆朝阳为“80后”。

　　与 以往的很多国家自然科学一等奖相比，该团队在顶级论文数量和国际影响力上都更为出类拔萃，其成果3次入选美国物理学会(American Physical Society)评选的“年度物理学重大事件”(The Top Physics Stories of the year)，2次入选英国物理学会(Institute of Physics)评选的“年度物理学重大进展”(Highlights of the year)，最近被英国物理学会的Physics world网站评选为2015世界物理学十大进展第一名(Breakthrough of the Year)。

　　这次潘建伟院士团队获奖的项目名称为“多光子纠缠和干涉度量学”，细心的朋友会发现这就是潘建伟院士2012年在《现代物理评论》(Review of Modern Physics)杂志上发表的论文“Multiphoton entanglement and interferometry”的译名[1]。《现代物理评论》为物理学领域最顶级的综述杂志，仅向各个领域世界知名的物理学家约稿来介绍该领域最新进展。潘院士这篇综述也是中国科学家发表在该刊物的第一篇实验论文。

　　在量子通信和量子计算等多个方向上，潘建伟团队都取得了世界领先的科研成果，而“多光子纠缠和干涉度量学”作为核心研究内容之一，贯穿始终。“多光子纠缠”顾名思义就是让多个光子产生纠缠。这是利用光子做量子隐形传态和量子计算的必要前提。

　　量子力学中“纠缠”指的是多粒子的一种叠加态。以双粒子为例，一个粒子A可以处于某个物理量的叠加态，可以用一个量子比特来表示：

　　ΦA=a|0>A+b|1>A ，

　　另一个粒子B也处于叠加态：

　　ΦB=c|0>B+d|1>B 。

　　当两个粒子发生纠缠，就会形成一个双粒子的叠加态，例如：

　　ΦAB=ad|0>A|1>B +bc|1>A|0>B

　　就是一个纠缠态：当A粒子处于0态时，B粒子一定处于1态；反之，当A粒子处于1态时，B粒子一定处于0态。

(图片来源：NATURE)

　　在没有外界干扰的情况下，无论两个粒子相隔多远，纠缠态都可以存在，因此量子纠缠曾经被爱因斯坦称为“鬼魅的超距作用”(spooky action at a distance)，并以此来质疑量子力学的完备性(因为违反了他提出的“定域性”原理)。但是后来一次次实验都证实量子力学是对的，非定域的量子纠缠可以存在，定域性原理必须舍弃。

　　随着量子信息学的诞生，量子纠缠成为了量子通信和量子计算的核心。最新的研究表明，微观的量子纠缠和宏观的热力学第二定律，甚至是时间之箭的起源都有着密不可分的关系。

　　　针对量子信息处理尤其是光量子计算的需求，纠缠的光子数自然是越多越好。在实验上，光子纠缠需要对光子源产生的光子通过各种光学干涉的方法来获取，这就是“多光子纠缠”和“多光子干涉度量学”成为一个整体课题的原因。产生纠缠的光子数越多，干涉和测量的系统也就越复杂，实验难度也就越大。

　　如图1，一个紫外光脉冲照射BBO晶体可以有一定概率产生一对光子(o和e)，通过在偏振分束器(PBS)上的一次干涉，o光子和e光子都可以形成水平偏振H和竖直偏振V的叠加态，于是o光子和e光子就形成了一个纠缠态|HH>+|VV>(即o光子是H偏振时，e光子一定也是H偏振，反之o光子是V偏振时，e光子一定也是V偏振)。

图1 双光子干涉和纠缠产生的光路示意图

　　把双光子干涉产生纠缠的方法层层累加，扩展到更多的光子，就可以形成更多光子的纠缠。潘建伟团队从2004年开始，一直保持着纠缠光子数的世界纪录。2004年在世界上第一个实现了5光子纠缠，2007年在世界上第一个实现了6光子纠缠，2012年在世界上第一个实现了8光子纠缠，并且保持该记录至今。

　　图2是实现8光子纠缠的光路简图。由于光子产生和光学干涉测量的概率都是随着光子数指数上升，所以每增加一个纠缠光子，光学干涉系统就要复杂一倍，纠缠的产生难度也会随着光子数指数上升。该团队通过一个个在国际上原创的多光子干涉测量技术，经过不懈努力克服各种实验困难，才能够多次打破自己保持的世界记录，并将记录定格为8个。

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　该团队以多光子纠缠技术为基础，在自由空间量子通信领域实现了世界首个百公里级的量子纠缠分发和量子隐形传态，在量子计算领域实现了世界上首个光量子Shor算法和拓扑量子纠错。

图2 潘建伟团队实现8光子纠缠的光路示意图

　　“多光子纠缠和干涉度量学”获得国家自然科学一等奖实至名归，但这仅仅是潘建伟院士团队的一部分工作。

　　2016年，该团队承担研制的世界首颗“量子科学实验卫星”将发射升空，将实现世界首个星地间的量子保密通信和量子隐形传态。同时，源于该团队技术的世界首个量子保密通信主干网络“京沪干线”也即将建成。

　　在量子计算领域，该团队和阿里巴巴合作成立了“中科院-阿里巴巴量子计算联合实验室”，在保持光量子计算世界领先地位的同时，将大力推动我国量子计算整体研究水平。有理由期待潘建伟院士的团队在未来会带给中国和全世界更多的惊喜。

　　如果你还是没懂什么是量子？什么是量子纠缠？量子技术对我们的生活带来了什么样的福音？分身术、隐形传输还将是遥远的神话么？下面听听潘建伟院士团队成员，也是潘建伟的高徒——国际年轻量子科学家陈宇翱怎么说。

　　以下为文字实录：

　　今天，我的题目是《追梦量子世界》。

　　说到量子，大家可能既熟悉又陌生，什么是量子？举个例子，我手上这支遥控器，它就是个神奇的量子笔。我们按一下翻页，大家可以猜一猜在这一瞬间有多少个量子发射出去了？我可以告诉大家的是，我在按下翻页的瞬间，有上万亿个量子发射出去了，它是不是很厉害。

为什么这么厉害？请允许我给大家介绍下量子的概念。量子它是一个能量的最小单位，所有的微观粒子包括分子、原子、电子、光子，它们都是量子的一种表现形态。我们知道这个世界本身都是由微观粒子组成的。所以，某种意义而言，我们这个世界就是由量子组成的。我手上这支笔，在座的大家，包括我自己都是24K纯量子产品。

　　大家呼一口气都是上万亿量子的进出，所以大家都是分分钟几十亿上下的人才。这么说来，量子它并不神秘，也没什么高深的，但是对量子研究，在过去的一百年已经成为现代科技的支柱，发展出了诸如激光、核磁共振、高温超导、巨磁阻，这些跟我们生活都息息相关的一些科技进展，而且可以想象，也可以相信未来会给我们带来更多的进展。

　　什么是量子叠加原理和量子纠缠？

　　说到量子世界，其实有两个最基本的原理，就是量子叠加原理，而另外一个其实是由量子叠加原理引申出来的量子纠缠。

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首先我给大家介绍下量子叠加原理。什么是量子叠加原理？举个例子来说，《西游记》我想大家都看过吧！就算没有看过原著，电视剧三十年如一日的重播，肯定也会看过，我从小也非常希望有孙悟空的一个能力，就是它的分身术，一个分身留在这里听老师训话上课，另外一个分身就跑出去捣蛋。那么在量子的世界里，量子就是孙悟空，它也有分身术，但是跟孙悟空的分身术不一样的地方在于，在量子的世界里量子的分身术不能被人看到，一旦有人去看它，它的分身就会随机地消失，而最后只留下一个。

　　假设你在ABC三个地方有三个分身，如果有人不管在那个地方去看它，它有可能AB的分身消失，也有可能是BC，也有可能是AC，随机的消失一个，而只留下一个分身，这个就是跟孙悟空分身术不一样的地方。这个事情本身可以通过一个双缝实验来验证。有这么两个一模一样的狭缝，我们有一杆枪不停地发出电子，那么电子会同时穿过这两个狭缝，而在背后留下一个相应的干涉条纹。但如果我们有一个装置可以去看，这个电子是从哪个狭缝过的时候，你就会发现，每一次它只从其中一个过，而在后面留下两条杠。没有观测的时候，它是同时穿过；有观测的时候，它只从一个地方穿过，两种状态并行，这个就是量子叠加原理。

　　再举一个形象的例子，假设我就是一个量子，我下班回家有两条路，一个是鲜花市场，一个是海鲜市场，每天我下班回家，我开着自己的车，相当于我对自己进行个测量。那么，我就很清楚，我是从哪条路回家的。回到家里，我太太也很清楚因为她闻一下我就知道，如果我是从鲜花市场，那么我身上都是香的；如果我身上全是鱼腥味，那么就知道，我是从海鲜市场。但有天我非常累，我就打了个车回家，回到家以后，我太太问我说，今天你是从哪条路回来的呀？我说不好意思，刚刚路上睡着了，我也不知道从哪条路上回来的。你闻下我身上看看。她闻了一下发现好奇怪，怎么你身上一半是香的，一半是臭的，就好像我从两条路同时过来了一样，那么，这个就是量子的叠加原理。当有人对它进行测量，它就只有一种状态，如果没有人对它测量的话，它是多种状态并存。当然，在现实生活中，更大的可能，我是被那个出租车司机给坑了。这个是量子叠加原理。

　　如果把量子叠加原理合到多个量子的情况会是什么呢？那就是一个爱因斯坦称之为遥远距离诡异的相互作用的一个量子纠缠，它就像双胞胎心灵感应一样，这两颗骰子无论相距多远，掷出来的结果始终是一样的。那么用刚刚那个量子分身的概念来讲，就是说，比如说我和你纠缠在一起，每个人都有两个分身在北京和上海，如果有人对我进行了测量，那么我们知道有个分身会消失，那么你的分身会怎么样呢？我可以告诉大家的是，你的分身也会消失。比如我上海的分身消失了，只留下北京的分身，那我就知道，而且必然会发生的事情，就是你在上海的分身也会消失，只留下北京的分身，这就是量子纠缠。

　　有了量子纠缠，量子隐形传输的概念也就呼之欲出。如果我们想把北京的量子传送到上海，那怎么办呢？我现在北京和上海之间建立这样的纠缠，然后我通过对两地的粒子，做一些特殊的操作，那么在北京的量子就会消失出现在上海。

　　有了量子叠加原理和量子纠缠，那么我们到底有些什么用呢？首先一个应用就是计算机的一个飞跃，因为我们知道，我们经典的计算机中，它只有0和1，每个比特都是这两种状态，但在我们的量子中可以处在0和1的叠加状上，那么这样我一旦操纵的量子数目增多，它就会以指数增长的形式来提升它的运算速度，有这么个并行运算的能力。举个例子来说，我们如果分解300位的大数分解，用经典的计算机，它需要15万年，那我有个量子计算机，它只要一秒钟就可以算出来。当我们操纵25个量子的时候，我们的计算机能力已经达到了现有的计算机四核计算能力，而当我们能操纵50个量子的时候，现在世界上最快的计算机——天河二号，它的计算能力已经赶不上了。当然量子计算还比较遥远，虽然说未来它会给我们带来很多的应用，比如说天气预报、石油勘探等等等等。

　　量子保密通讯

　　而目前来看，量子分身术，一个更为直接的应用，就是量子保密通讯，我们传统的世界里，我认为，最安全的一个信息传递方式，就是通过光缆，因为它把所有的光的能力，都限制在光纤里面，外面得不到能量，所以认为这个传输是安全的。而如果把光缆沉到几千米的海底，那就更安全了。但是随着科技的发展，现在已经有这么一个装置，我只要把这个光缆往这个装置上盘一盘，就能够让它有很小很小的一部分能力泄露出来。而我们现在科技发展了，这么一份能量，可以对他进行了完全的探测，就是这么一部分的能量探测，我就对于你这个光缆里传递的信号，对它来说完全就是透明的了，可以完全独处你在光缆里面传递的信息。这样一来，对我们个人而言，对国家而言，就完全没有，还有什么安全可言。

　　幸运的是，量子保密通信提供了一个这样的一个传递方式。比如说，如果我想把一个小秘密，传送给吴老师，那么首先我怎么办呢？我先给它传一把钥匙，再给它传一个箱子，那个箱子是用一把锁锁起来了的，吴老师有这把钥匙，就可以把箱子打开，读到里面的内容，那我是用量子的方式来传这个钥匙，大家知道我刚刚讲到，就是说量子它有很多的分身，所以呢，如果有人想截获这把钥匙，是不是能得到这个秘密呢？是不可能，为什么？因为他一旦对钥匙进行了测量，我们知道，其他的分身就会消失了。所以，我们一看就知道有人在窃听，那我们就把这把钥匙废掉，我再给吴老师一把。那有人提到说既然你都截获了，你为什么不复制一把钥匙呢？就是说你复制一把钥匙，再把钥匙交给吴老师，吴老师以为没人窃听，那就是说我再把箱子传过去的时候，它就可以把它打开。

　　量子不可克隆原理

　　说到这个我就要提一个也是量子叠加原理保证的一个非常简单，但是非常美的一个定理，叫做量子不可克隆原理。我们知道再经典里面，我们有复印机、一张白纸、一封信，再一扫描，就可以复印出两个来，我们在量子世界里面，假设有这么一个克隆机，可以对量子进行克隆，那我们知道0就变成两个0，而1就变成11，那在做的小朋友可能比在座的更小的小朋友们都可以算出来，如果我输入了一个0+1的叠加态，那它就应该不是，00+11这样的一个纠缠的形式。

　　而我们知道，我们作为一个克隆机，我所想要的是0+1和0+1，就这么简单的一个公式，就限制了一个未知的量子态不能够被克隆。那就刚刚讲到，我首先有人窃听，我能够发现，而他又不能对它进行克隆，所以当我确保，当吴老师拿到了唯一的钥匙之后，接下来我就很简单，我把我的箱子，随便一种方式，快递也好，怎么也好，交给吴老师，他拿到打开，就能够得到这么一个信息，这个就是量子保密通信的一个方式。

　

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　量子保密通信网络

　　那么这个方式到底有多安全呢？我可以告诉大家，只要因果性成立，什么意思呢，只要信息的传递，不超过光速，时间不可反演，比如我们回不到过去，那么这个通信的方式，就是无条件安全的，而建立量子保密通信，一个最终极的目标就是，建立覆盖全国甚至覆盖全球的广域的量子保密通讯网络。目前世界上，一个比较公认的路线图，就是先利用光纤在城市内，构建一个网络，然后利用中继连接城市间，在超远距离，我们通过卫星的中转，来实现远距离的量子通讯。

　　我和我的同事们，正在沿着这条路线在努力着，我们先后在合肥、北京、济南，实现了城市内的量子通讯网络。目前我们正在构建一个工程就是，北京到上海的京沪干线，这么一个干线不像平时大家所说的那个，五小时就到上海的高速铁路，我们想提供的是这么一种服务，我们希望能够在这条主干线上面，任意两点之间都能传递保密的信息。

　　那么在更远的地方，比如我们的国家西部或西北部，或者说可能再远，比如我们国家的大使馆，还是涉及到各种情况，光纤没有那么容易铺过去，那怎么办？我们可以通过卫星来中转。我们中科院的量子卫星，已经转入到最后一个阶段了，正在建新的阶段，预计在2016年发射。而我们想要构建这么一个新地的量子通讯信道，通过卫星的中转能够实现超远距离的通信，同时这颗卫星会连上我刚刚讲的京沪干线，京沪干线也是在2016年交付。

　　我们希望未来形成这么一个，天地一体化的量子保密通信网络，再进一步再扩展到更大的范围内。希望在不久的将来，能够形成全国范围内的，乃至可能全球的量子保密通讯网络。到那个时候，我希望给大家提供一个比如说，网银、ATM取款，更为安全的一个环境。那么从国家层面而言，也能够更安全，类似于斯诺登这样的泄密的情况就会逐渐的杜绝。我们这个也不是凭空地想像，我们有足够的技术和经验。

　　通讯技术的探索和发展

　　回顾一下因特网的发展史，在上个世纪70年代初，因特网只是在美国国家安全部门支持下得几个实验室里建的几个网络。而到70年代末，大学的实验室都纷纷仿效，建立了这样的局域网，一直到1988年美国自然科学基金委成立了一个NSF

　　NET的项目，开始构建横跨东西海岸的骨干网。从那个之后，每年15%的速度增长，一直到1995年，基本上覆盖了全美国，而那个时候自然基金委就退出了舞台，由私营企业来接管了这个的运行。我们量子保密通信，当然就是说发展的会快一些，但毕竟是在成功经验的基础上，所以现在我们已经进入到了在建骨干网的阶段，希望在10到15年能够构建到一个覆盖全国的量子保密通讯网络。

　　随着我们对量子不停的研究，可以说未来一切都有可能。比如说，从北京到上海不再需要坐高铁，也不再需要坐飞机，只需要在两地之间建立一个跟我人差不多大的纠缠，然后我对它进行一些测量，然后传递一些数据过去，然后嗖一下一个人就过去了。但我要强调下，这边的人就会消失，而跑到了上海，这个也是跟量子不可克隆原理，就是说阻止了同时有两个人出现的可能性。

另外，西游记里还说到，顺风耳、千里眼，我现在科技都已经实现了。比如顺风耳就是手机，千里眼就是电视，可是电话就是它们的合体。而西游记里还有一个现象就是“天上一日，地下一年”，这个在我们的现代科技里也能找到相应的解释。有这么一辆没有终点的列车，绕着地球不停的转，不停地加速，当它加速到每秒钟绕地球7圈的时候，也就是无限接近光速的时候，列车上的时间会被无限之地放慢，他们人以为过去一个月的时候，列车停下，打开门发现地球的时间已经过去了三十年，来到了未来世界，真的是车上一日地上一年。

　　对于我们来说，怎么保持这个列车的永动，怎么把列车加到光速，目前还是我们没有办法解决的问题，但是我们有那么一群始终坚持自己理想的科研工作者，在常人眼里，他们非常无趣，非常枯燥，就像生活大爆炸里面一样，它每天的生活就是check

　　email、做实验、算公式，用我太太的说来说，就是一点浪漫细胞都没有。但是就是这么一群无趣的人，用着他们最无趣的方式，在实现着一个一个科技的突破。因为他们始终坚持着一个理想，就是实现人们最五彩绚烂的梦想，做最浪漫的追梦人。谢谢大家！

疯疯颠颠

量子纠缠：万物皆有默契可能
来自: 致 2007-09-29 20:07:05

实证科学受冲击　新的世界观正在出现
　　　　
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　　　　一九八二年，法国物理学家艾伦?爱斯派克特（Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子之间存在着一种叫作“量子纠缠”（quantum entanglement）的关系[1]。在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系：不管它们被分开多远，对一个粒子扰动，另一个粒子（不管相距多远）立即就知道了。
　　
　　量子纠缠已经被世界上许多试验室证实，许多科学家认为量子纠缠的实验证实是近几十年来科学最重要的发现之一，虽然人们对其确切的含义目前还不太清楚，但是对哲学界、科学界和宗教界已经产生了深远的影响，对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。
　　　　
　　　　一、宇宙是个不可分割的整体
　　　　
　　　　量子纠缠的实验证实表明，西方科学的主流世界观是有严重缺陷的。从笛卡儿、伽利略、牛顿以来，西方科学的主导世界观是，宇宙是一个巨大的机器，没有意识，没有目的，宇宙的组成部份相互独立，它们之间的相互作用受到时空的限制（即是局域化的），可以通过研究个体来认识整体，整体是个体之和。现代科学是实证科学。实证科学就是在这种世界观的前提下发展的，把物体分割成越来越小的个体，认为通过研究这些个体就可以认识整体。典型的例子是机械制造，一个机器的整体就是所有零件之和。实证科学甚至把人也当成象机器一样来处理，西医的“头痛医头，脚疼医脚”用的就是这种方法。
　　　　
　　　　量子纠缠证实了爱因斯坦不喜欢的“超距作用”（spooky action in a distance）是存在的。量子纠缠超越了我们人生活的四维时空，不受四维时空的约束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。
　　　　
　　　　量子非局域性表明物体具有整体性。简单地说，量子非局域性是指，属于一个系统中的两个物体（在物理模型中称为“粒子”），如果你把它们分开了，有一个粒子甲在这里，另一个粒子乙在非常非常遥远（比如说相距几千、几万光年）的地方。如果你对任何一个粒子扰动（假设粒子甲），那么瞬间粒子乙就能知道，就有相应的反应。这种反应是瞬时的，超越了我们的四维时空，不需要等到很久信号传递到那边。这边一动，那边不管有多遥远，立即就知道了，即一个地方发生的事情立即影响到很远的地方。这说明，看起来互不相干的、相距遥远的粒子甲和乙在冥冥之中存在着联系。
　　　　
　　　　非局域性表明物体之间存在现代科学还认识不到的内在联系，所显示的整体性大于组成整体的个体之和，这和实证科学的假设相抵触。所以有个说法，现代科学是见点不见面，只见树木不见森林。而中国传统哲学、科学、医学都具有整体性的观点。
　　　　
　　　　量子纠缠表明了宇宙是个不可分割的整体，物体在冥冥之中存在着联系，整体大于个体之和，这使得实证科学的基点是错误的，西方主流世界观有严重的缺陷。
　　　　
　　　　二、意识是物质的一个基本特性
　　　　
　　　　西方科学的世界观认为，宇宙的行为就象一台机器一样，生活在宇宙中的人与其它生命也象机器一样。具有意识的科学家们用机械世界观研究自然和宇宙，用几个世纪时间研究出来的结果和意识没有任何关系，不知道意识是什么。意识（consciousness）对西方科学来说仍然是个迷。
　　　　
　　　　西方科学在研究意识中遇到的困难是，无法用我们人类熟悉的时间、空间、质量、能量等来测量意识，但是我们每一个头脑清醒的人都知道自己的意识是存在的。如何来研究无法用常规方法测量而又存在的意识呢？
　　　　
　　　　人们在总结各个学科的经验教训，尤其是在研究生命现象所遇到的困难时，越来越多的科学家和研究人员认识到，长期被西方实证科学所忽视的意识，必须要被考虑进来，唯物世界观必须要发生根本性转变。
　　　　
　　　　* 在研究意识中遇到的难题
　　　　
　　　　现在有些学科在神经和大脑上对意识进行了广泛而深入的研究，虽然对大脑的许多功能有了不少的了解，但是对于意识本身仍然是个迷，仍然无法解释“意识的难题”（the hard problem of consciousness）。“意识的难题”是指体验与感受的问题（the problem of experience），例如对颜色、味道、明暗等等的感受，对价值观的判断等等。“意识的难题”近年来重新触发了哲学上长期解决不了的争论，即意识是从物质中突然出现的，还是万物皆有意识（中国古代叫万物皆有灵性）？
　　　　
　　　　自笛卡儿以来的西方主流世界观认为物质决定意识，意识是在物质中产生的副产品，这种唯物论观点遇到了难以克服的困难与挑战。例如，（1）许多科学家认识到，要从没有意识的物质中产生意识，这需要奇迹的发生，而唯物论是不承认有超自然现象的，换句话说，这是不可能的。（2）在长期研究大脑工作中，神经科学对大脑的功能等等方面已经有了很多的认识，但是许多人怀疑唯物论能够解决“意识难题” [2,3]。（3）现在有科学研究者从量子测量的角度分析，认为意识不能够被进一步简化，也不是在物质运动中突然出现的，因为如果意识只是物质的副产品，那么这无法解决量子力学中的“测量难题”。量子力学认为物体在没有测量之前，都是几率波，测量使得物体的几率波“倒塌”（collapse）成为观测到的现实。那么问题就出来了：如果意识是从物质中产生的，那么从根本上讲大脑也只是由原子、电子、质子、中子等微观粒子组成的几率波，大脑的几率波如何能够使得被观察物体的几率波“倒塌”呢？对于更大的宇宙的现实来说，这是不是意味着存在宇宙之外的具有意识的观察者？这就是量子力学中的“测量佯谬”。为了解决这个量子测量佯谬，物理学家们提出了许多解决方案，但是从根本上仍然无法绕开意识的问题。诺贝尔物理学奖获得者尤金?威格纳（Eugene Wigner）认为，意识是量子测量问题的根源。虽然物理学认识到意识在量子力学的层面上就存在，但是量子力学本身无法解决意识的问题。从量子力学创立时起意识就一直困扰着量子力学，但是长期以来，物理学家们对这一问题视而不见，试图逃避这个令物理学尴尬的难题[4]。

疯疯颠颠

　基于现代科学在研究意识中遇到的难以克服的问题，现在在哲学界、神经科学、心理学、物理学等多学科领域里越来越多的人认为，就象时间、空间、质量、能量一样，意识是物质的一个基本属性，是宇宙不可分割的一部份。现在许多研究人员在主流学术刊物上，在学术会议上严肃地讨论这个问题[5，6，7，8]，这是近年来思想界、学术界的一个新的发展趋势。
　　　　
　　　　基于上面的原因，越来越多的科学家和研究人员认识到，沿着笛卡儿以来的唯物世界观来研究意识只能走进死胡同，因此他们（其中很多是西方人）认识到，必须要改变西方实证科学的世界观，转而向东方哲学的世界观。但是由于中国的传统文化被共产党摧毁了，所以许多西方科学家和研究人员转向印度，例如近年来，印度瑜伽和神秘主义在西方流行就有这些背后的原因。
　　　　
　　　　* 需要在量子水平上认识意识
　　　　
　　　　当代神经科学的批评者们说，长期以来神经科学领域有意无意的用经典物理的观点来研究大脑的功能与意识，即物理系统是由独立的部份组成，这些部份只能和最近邻物体发生相互作用，并且行为是确定的。而量子力学早就明确指出了经典物理的根本错误。现在越来越多的研究人员认识到，基于经典（牛顿）物理原理来研究大脑的功能与意识的基点是错误的，经典力学的观点对意识并不适用，但是根深蒂固的错误世界观仍然在很多人的头脑中起作用。
　　　　
　　　　现在越来越多的科学家认识到，在大脑神经层次上无法真正了解意识，意识是在大脑的微观下就出现的，即真正要研究意识，要在微观领域里找，要在量子的层次上进行研究[9]。我们知道，微观领域是量子力学描述的世界，而量子力学本身又遇到了意识的难题（测量问题）。因此，物理学和生物学在微观领域里，在量子的层次上遇到了意识这一共同的研究对象。
　　　　
　　　　大家知道，物理学定律和生物学规律是不一样的，基于实证逻辑的物理规律是指令性的，而生物规律是选择和反馈性的，是非线性的。如何把物理和生物的规律统一起来？虽然它们的特征非常不同，但是它们都遇到了意识这一共同难题，要把物理和生物统一起来看来和意识有关。
　　　　
　　　　与此同时，如果说意识是物质的一个基本特性，那么在微观粒子中同样存在着意识，即意识在量子水平、在微观领域里就自然存在着，这也就会引导物理学和生物学在微观领域里、在量子的层次上研究意识。
　　　　
　　　　* 量子纠缠是微观粒子意识的反映？
　　　　
　　　　意识对人来说看不见，摸不着，无法用时间、空间、物质、能量等概念来测量，不过意识具有一些人们熟悉的特点（征）。如果认为意识是物质的一个基本特性，那么微观粒子自然也具有意识，自然也会表现出意识的特点。如果在实验中微观粒子表现出意识的一些特点（征），那么是不是可以说是在一个侧面证实了微观粒子具有意识？
　　　　
　　　　前面说的量子纠缠的实验证实，人们从中认识到物质之间存在着内在的联系，但是无法全面认识量子纠缠的意义。其主要原因还是人们习惯于用物质的角度来看待微观粒子。
　　　　
　　　　实验表明，量子纠缠这种关系一旦发生后，就保持了下去，微观粒子能够保持这种记忆能力，能够区分和识别和其有“纠缠关系”的特定粒子，能够不受时空限制地“认识”和“记住”这种纠缠关系，这用纯物质的观念是无法理解的，其实微观粒子的这些特征和人的意识相似。
　　　　
　　　　西方有一句谚语，叫“走起来象鸭子，叫起来象鸭子，那么很可能就是鸭子”，因此，我们可以说，量子纠缠和所表现的就是两个微观粒子意识的反映，这种观点能够给量子纠缠一个合理的解释[10]。即量子纠缠的存在是微观粒子具有意识的证据，给“意识是物质的一个基本特性”提供一个好的证据，其意义非同寻常。
　　　　
　　　　三、物质和精神是一性的
　　　　
　　　　中国传统哲学的世界观和西方唯物世界观非常不同，中国传统的哲学、科学、医学等等都是整体观，讲“天人合一”，量子力学在实验上也证实宇宙是个不可分割的整体。
　　　　
　　　　现在西方哲学界、科学界越来越多的人认识到，意识和质量、能量一样重要，是物质的一个根本特性，在微观粒子中就存在着意识，宇宙中的万事万物既有物质的一面，同时也有精神（意识）的一面。量子纠缠可能就是微观粒子具有意识的证据。量子力学描述的是微观粒子的物质的一面，意识那一面是无法用量子力学描述的。
　　　　
　　　　如果认识到意识是物质的一个根本特性，那么就不难理解人们发现的“有感知的水”，“祈祷的治疗效果”，“巴克斯特效应”，“轮回”等等实证科学无法解释的和灵界有关的现象。
　　　　
　　　　中国古代科学从根本上承认精神的重要作用，认为万物皆有灵。西方哲学界和科学界正在认识的新的世界观，是中国古代科学和修炼界早就认识的。物质和精神是一性的，物质和精神（意识）在宇宙中的万事万物中同时存在，物质和精神（意识）是统一的，是不可分割的。意识超越我们可以看见和感觉到的四维时空，如果人的眼睛能够看到微观，那么就可以看见意识的存在。
　　　　
　　　　现在越来越多的人预言和期望，一个新的世界观的时代就要来临，科学将会发生重大的变化，科学和信仰的界限将会消失。
　　　　
　　　　参考资料
　　　　
　　　　[1] Alain Aspect et al (1982), “Experimental Tests of Bell's Inequalities Using Time-Varying Analyzers”, Physics Review Letters 49, 1804-7
　　　　
　　　　[2] Chalmers, D. (1996), “The Conscious Mind” (Oxford: University of Oxford Press)
　　　　
　　　　[3] Chalmers, D. How Can We Construct a Science of Consciousness? In (M. S. Gazzaniga, ed) The Cognitive Neurosciences III. (MIT Press, Cambridge, 2004)
　　　　
　　　　[4] Rosenblum, Bruce & Kuttner, Fred: QUANTUM ENIGMA (Oxford University Press, 2006)
　　　　
　　　　[5] Strawson, G.(2006), “Realistic Monism: Why Physicalism Entails Panpsychism” Journal of Consciousness Studies, 13(4)
　　　　
　　　　[6] Strawson, G. et al. (2006), Consciousness and its Place in Nature: Does Physicalism Entail Panpsychism? (Exeter, UK: Imprint Academic).
　　　　
　　　　[7] 例如，2007年7月在匈牙利布达佩斯召开的“Toward a Science of Consciousness”国际学术会议。
　　　　
　　　　[8] Gao Shan, “Quantum Collapse, Consciousness and Superluminal Communication”, Foundations of Physics Letters, 17(2), (2004) 179.
　　　　
　　　　[9] 例如，Penrose, R., A theory of everything? Nature 433, 259 (2005).
　　　　
　　　　[10] 2007年7月在澳大利亚 University of Salzburg 召开的“Quantum Mind 2007”学术会议上也有关于量子纠缠和意识方面的讨论。

小辣辣

什么是量子纠缠？

知道张量积的同学请直接维基，典型例子就是 |01>+|10> 啦。
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement
不知道上面在讲什么的，读下面的文字，不用看符号：

薛同学有两只猫，分别在两个有毒药的箱子里。
打开任一箱子前，两只猫都是一半可能活着，一半可能死了。( |0>+|1>) X ( |0>+|1>) / 2
于是开箱前有四种可能：活活，死活，活死，死死。( |00>+|01>+|10>+|11>) / 2
打开一个箱子后，不管里面的猫是死是活，另一只猫仍是半死半活。( |10>+|11>) / sqrt(2)
也就是说，两只猫的死活互不影响的，完全可以分开討論。

如果两个箱子里的放毒装置是通过某种电磁波联动的。
如果一只猫中毒，就立即解除了另一只猫的危险。
另外需要假设俩猫有仇，有你没我，都想要对方死。（谢@Shawn 指出）
现在，打开箱子前，有两种可能：活死，死活。( |01>+|10>) / sqrt(2)
打开其中一个箱子，如果里面是活猫，另一只一定死了，反之亦然。|10>
也就是说，两只猫的命运是纠缠在一起的，无法分开討論。