纠缠与非定域性

贝尔态

贝尔态是四个特殊的双量子比特态之一,它们都是最大纠缠的——一对二能级系统之间所能达到的最强纠缠。每一个都是两个量子比特「相同」或「相反」的均衡叠加,而对其中任一量子比特单独来看则毫无信息。它们以约翰·贝尔命名,因为它们正是用来展示并检验其定理所关切的那种关联的天然态。

这四个贝尔态构成一个完备且彼此可区分的集合,是纠缠的一套便利「字母表」。其中任何一个,都可以通过对两个量子比特之一施加一个简单操作而变成另一个;它们合在一起,是量子信息中的标准参照对。把两个量子比特放在这个贝尔基上、而非分别地去测量,正是量子隐形传态与密集编码等协议中的关键一步。

贝尔态的特殊之处在于其关联的完美:对相匹配的测量,两个结果保证每一次都对得上(或恰好相反),而每个量子比特单独测量则给出一枚公平硬币的正反。这种「局部完全随机、联合完全可预言」的组合,正是经典的、定域实在的物理学无法重现的特征——这也是为什么贝尔态既是基础检验、又是实用量子技术的主力。

|Φ⁺⟩ = (|00⟩ + |11⟩)/√2, |Ψ⁻⟩ = (|01⟩ − |10⟩)/√2

四个贝尔态中的两个:每个量子比特单独是随机的,整对却完全关联。

贝尔态是最大纠缠的双量子比特态,但纠缠并非全有或全无:许多有用的态只是部分纠缠的,而像纠缠熵这样的度量则刻画一个给定态落在什么位置。

又称
EPR pairmaximally entangled state贝尔基貝爾基