科学界,没有哪个领域比量子理论更激动人心的演讲且不可思议

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被禁止的知识:天才学者揭露科学与灵性终极奥秘的大胆对话(《禁止入内:揭秘被掩盖的事实》系列之五,对17位当代天才科学家与思想家的超敏感访谈,揭露出科学与精神领域内大部分被长期隐瞒的真相!)
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被禁止的知识:天才学者揭露科学与灵性终极奥秘的大胆对话(《禁止入内:揭秘被掩盖的事实》系列之五,对17位当代天才科学家与思想家的超敏感访谈,揭露出科学与精神领域内大部分被长期隐瞒的真相!)(图1)
被禁止的知识:天才学者揭露科学与灵性终极奥秘的大胆对话(《禁止入内:揭秘被掩盖的事实》系列之五,对17位当代天才科学家与思想家的超敏感访谈,揭露出科学与精神领域内大部分被长期隐瞒的真相!)(图2)
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12月19日,国际顶尖学术期刊《自然》
发布了2017年度十大人物,
(在过去一年里对科学产生重大影响的十人)
中国科学技术大学教授、
“墨子号”量子科学实验卫星首席科学家
潘建伟上榜。原文http://www.163nvren.com/
在很多人眼里,潘建伟是传奇:
29岁,他参与的有关量子隐形传态的研究成果,
同伦琴发现X射线、
爱因斯坦建立相对论等世界重大研究成果一起,
被《自然》评为“百年物理学21篇经典论文”;
31岁,任中国科学技术大学教授;
41岁,成为中国当时最年轻院士;
45岁,获国家自然科学一等奖……
▲12月19日央视新闻截图
潘建伟,绝对是
中国科技界诞生的又一颗“巨星”!
▲《自然》杂志刊登的《量子之父》
《自然》以《量子之父》为题报道了潘建伟,
开头这样写道:
“在中国,有人称他为‘量子之父’。
对于这一称呼,潘建伟当之无愧。
在他的带领下,
中国成为远距离量子通信技术的领导者。”
提到量子力学,不少人都会想:
这是个艰深难懂的物理学概念吧?
可当你知道,今天全世界,
上到80岁的欧洲老太太,
下到美国对婴儿的早教,
都在普及量子力学,
你是不是也饶有兴趣?
▲扎克伯格正在给刚出生的女儿念《量子力学绘本》
▲科幻小说《三体》
在刘慈欣的小说《三体》里,
三体人就是使用量子纠缠技术
通过智子对人类言行实时监控的!
而且,在太空中飞行的人类舰队
也是通过这一技术与地球保持联系。
还记得这样的场景吗?
电影中,主人公走入一扇“任意门”,
瞬间就穿越来到另一个空间……
我们平时所说的“穿越时空”,
其实属于量子力学的范畴,
在量子世界里,这或许不是幻想。
潘建伟是世界量子力学研究领域的领军人物,
说不定哪一天,
他将成为穿越时空的那个人!
当然,更切实际的是:
他是中国离诺贝尔奖最近的那个人。
他使中国在量子领域从落后到
完美实现对美国弯道超车,
是当之无愧的“量子之父”!
他是爱因斯坦的崇拜者,
他决定与量子“纠缠”下去。网站http://www.163nvren.com/
1970年,他出生在浙江东阳农村。
初中时,家里搬到了县城,
从农村来的他和别人差了一大截,
不仅语文基础差,
第一次写的英语作文才得了40分!
可他却有一种不服输的精神,
为了学好英语,
他时不时缠着同学练口语,
还经常向老师请教。
很快,他进步神速,
凭着这种不放弃、不服输的精神,
1987年,他顺利考上了中国科技大学。
那时的班上,可谓藏龙卧虎,
光是全国的状元就有七个。
同学们的水平都很高,
而他却不想再去拼分数,
还和儿时一样,
去钻研学习自己真正感兴趣的东西。
那时,他是爱因斯坦的崇拜者,
“爱因斯坦的散文是最深刻最美的,
让我坚定了研究物理的决心,
让我感觉从简单的事实后面,
可以找到一个规律,
现在、将来不会变。”
后来他对量子叠加态的问题,
产生了浓厚的兴趣,
可当时的他怎么也想不明白,
为什么会有量子叠加态呢?
在他看来,
一个人要么在上海,要么在北京,
怎么可能同时既在上海又在北京呢?
量子世界的奇怪与陌生,
让他陷入了苦思。『』
想不明白就一直想,
上课也想,吃饭也想,
于是在期中考试的时候,
他差点挂科。
量子世界越古怪,他越想搞明白,
于是他决定和量子“纠缠”下去,
这一“纠缠”,就是20多年。
在中国获得理论物理硕士后,
他决定出国读博,
可眼看其他同学都顺利出国了,
他却连方向和导师都没选好,
很多人不断催促他,他却说,
我是要选准方向,选对导师,
不是为了出国而出国,
而是要把最先进的技术学回来。
当时他确保能选的导师是一位诺奖得主,
如果跟着他,以后的发展肯定不是问题。
亲朋好友都高兴极了,
想着他以后会有大出息。
不曾想,他再三斟酌后,
竟放弃了这位诺奖得主,
转而选择了他的弟子,
名不见经传的塞林格教授。
▲潘建伟与导师赛格林教授
那时的塞林格还只是位普通的教授,
可在他眼里,
他却是量子力学方面最好的导师。版权http://www.163nvren.com/
果不其然,如今的塞林格教授
已是世界量子力学的顶级大师,
并担任奥地利科学院的院长。
回国去!做量子领域的引领者!
带着对知识的渴求,
他来到奥地利维也纳大学。
当他第一次见到塞林格教授时,
这位导师问他:“你的梦想是什么?”
他脱口就说:
“我要在中国建一个
世界一流的量子物理实验室。”
年轻人的豪言壮语,
在外人看来不切实际。
但他此后的每一步,
都是在朝着这个方向努力的迈进。
来到欧洲后,
他就像饿牛进入干草地一般,
整日泡在实验室里,
一个理论物理专业的硕士,
要想进入实验量子物理的前沿,
其困难可想而知,而他却丝毫不怕。
1997年,在塞林格的指导下,
他在世界权威杂志《自然》上发表论文,
宣布实现了量子态的隐形传输,
这一实验被学术界公认为,
量子信息实验领域的开山之作,
世界顶级《科学》杂志也将这一成就列为:
年度全球十大科技进展,
这一年,他才27岁。网站http://www.163nvren.com/
潘建伟发表的论文和《Nature》杂志封面
毕业后,国外实验室纷纷为他抛来橄榄枝,
可他却做了一个令所有人震惊的决定:
他说:从出国的那天起,
我就没想过会在国外呆下去。
他一直都在思考,
中国该如何抓住这次机会,
在信息技术领域赶超发达国家。
那时欧洲发达的量子信息研究,
在国内竟是一片空白,
不仅不被承认,还被认为是伪科学。
一心想做研究的他处处碰壁,
连基础的科研经费都申请不到。
无奈之下,
他应聘了几个国外大学的教职,
打算安安心心讲学做实验。
没想到就在这时,
他曾发表的“量子态隐形传输”论文,
被《自然》杂志选为:
“百年物理学21篇经典论文”,
与它一同入选的,
还有“爱因斯坦建立相对论”等重大成果。
消息传到国内,立刻引起了轰动,
他提交的科研项目申请,
也迅速获得了批准。推荐http://www.163nvren.com/
2001年,他在中科大组建了,
量子物理和量子信息实验室。
那时,他感叹的说道:
“过去,我们在科研领域,
常常扮演追随者和模仿者的角色,
研究方向的选定、科研项目的设立,
都要先看看国际上有没有人做过。
量子信息是一个全新的学科,
我们必须学会和习惯做领跑者和引领者。”
把学生送出去深造,
他们全都学成归国!
说起来容易,做起来却很难,
他曾在国内做过科普演讲,
演讲中,他用最生动浅显的方法,
讲量子叠加态、量子纠缠,
可下面的学生却说:
老师,我很认真听了,但是听不懂。
然后,学生就不听了,
转而去玩游戏、刷朋友圈去了。
他心里着急,我们国家,
之所以没有诺贝尔物理学奖,
原因也许就在其中吧,
对科学没有真正的兴趣,
怎么能培养出诺贝尔奖大师呢?
他不由得想起了曾在欧洲的经历,
在欧洲留学的时候,
他曾到阿尔卑斯山山区大峡谷,
那里很少有外国人会去游历。
有一次,他见到一个80多岁,
满头白发坐在轮椅上的老太太,
她见到中国人后非常高兴,
就问他:你是干什么的?
他说:我是做量子物理的,
然后她进一步问:
你做量子物理的哪一方面?
他说:我就是做那个叫做量子信息,
量子态隐形传输,用英文就叫做,
像时空穿越里面的这么一个东西。
没想到,老太太竟说:
我读过你在《自然》杂志发表的那篇文章。
当时他非常感动,
一个80岁的老太太还对科学保持着,
这样一种原始兴趣的初心!
在欧洲,对于科学,
一个乡村老太太都会感兴趣,
那时的他就发现:人类对于科学,
是有一种天生好奇心的。
那他觉得:如果现在中国人,
对科学都没有这种原始冲动了,
没有兴趣了,那我们怎么可能,
变成一个真正有创新的国家呢?
▲潘建伟及其团队
于是回国后他就想方设法,
去激发学生们的求知欲和好奇心。
他会将学生们送到世界上最好的实验室去深造。
而他的弟子们学成之后,
没有一个人留在国外,
都毫不犹豫地回到他的身边。
2009年,潘建伟在
人民大会堂看《复兴之路》的展览,
他心潮澎湃地给自己的学生发了一条短信:
宇翱,我正在人民大会堂看《复兴之路》,
感触良多!
甚望你能努力学习提升自己,
早日学成归国为民族复兴、科技强国尽力!
这条短信,陈宇翱一直保存到了今天,
他说,我能感受到老师当时心情的激动,
他是多么迫切为祖国科技建设做出贡献!
而这些年轻量子物理学家们更知道:
潘建伟组建的团队,
就是他们成长和工作最好的地方。
老师所传达的信念:
“在中国做出世界一流科研成果”,
也是他们的初心。
带领“梦之队”实现弯道超车
正是他的这份执着和努力,
他的团队掌握了:
国际上最好的冷原子技术,
最好的精密测量技术,
最好的多光子纠缠操纵技术。
如今,他的团队被称作“梦之队”,
有着中国最顶尖的物理学家团队,
2005年和2013年,他和团队成员陈宇翱,
先后获得欧洲物理学会“菲涅尔奖”。
潘建伟(右一)和陈宇翱(左一)
潘建伟(右一)和陆朝阳(左一)
2012年,潘建伟荣获国际量子通信奖,
成为此奖项的首位华人物理学家。
2016年,潘建伟团队荣获年度
“国家自然科学奖一等奖”。
此奖被认为是中国自然科学领域最高奖,
那时,他才45岁,
从而他成为中国最年轻院士之后
拿到国家自然科学奖最年轻的科学家!
没有信息安全
就没有我们国家的安全!
之后,他的科研创新不断,
2016年,他和团队自主研制的,
世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,
在酒泉卫星发射中心发射成功,
这意味着中国量子保密通信技术,
成功了一半。
量子科学实验卫星“墨子号”发射成功
量子通信是目前理论上
被证明无条件安全的通信手段。
潘建伟说:量子其实就是一个小小的颗粒,
比如15瓦的小灯泡,
每秒钟都会发射出万万亿颗小颗粒,
我们把这个小颗粒称之为量子。
平时我们上网,
都是通过光通讯把信息在网络里传来传去。
但是在传输的过程中,
如果旁边有一个窃听者,
就可以拿走一点能量,
他就会知道我们在说什么。
而量子颗粒因为非常小,
是在用最小的颗粒传输信息。
潘建伟说:量子卫星的一个主要任务,
就是量子保密通讯。
这可以在很大程度上改善我们的信息安全。
在信息安全的传统领域,
中国一直落后,长期受制于人。
潘建伟曾迫切又焦急地说:
我想我们至少应该有一种需求,
一种强烈的动机,
尽快找到一种手段,
不要让别人看我们,全部都是透明的!
没有信息安全,
就没有我们国家的安全!
潘建伟说:在我们之前,
没有任何可以借鉴的成功经验。
世界第一颗量子卫星的发射成功,
给了中国科学家极大的信心,
将来,中国还会尝试发射更多的量子通讯卫星。
在5-10年的时间里
构建包含国防、金融、政务、商业等领域的
绝对安全的全球量子保密通信网。
现在,卫星已相继完成星地高速量子密钥分发、
量子纠缠分发和
地星量子隐形传态实验三大科学目标,
成为量子通信通向实用化的“关键一步”。
中国能够率先在量子领域实现突破,
对美国实现相关技术的弯道超车,
有着重要意义。
潘建伟团队在量子领域的成果,
已经用在了中国的潜艇上。
潜艇最大的特点是隐蔽性,
作战时需要长时间在水下潜航,
但潜艇在深水中的通讯和导航却受到严重影响。
而中国最近完成了一项试验,
潜艇在海里不用上浮,连续航行数月,
最后到达指定位置,而且还可以传输大量数据。
这一切都是因为潘建伟为潜艇研制的
专用量子导航定位系统,
使其能在水下完整接收卫星信号。
鉴于中国在水下通信和导航技术上获得的突破,
日媒希望同中国在该领域
进行相关技术的深度合作。
而美媒则呼吁中国能够针对该技术
同其它国家进行分享。
凭借对祖国保密事业的巨大贡献,
他也因此获得了,
2016年感动中国十大人物。
两个月前,
世界首条量子保密通信干线——
“京沪干线”正式开通;
结合“京沪干线”与“墨子号”的天地链路,
我国科学家成功实现了洲际量子保密通信。
该线路开通后,
实现了连接北京、上海,贯穿济南和合肥
全长 2000 多公里的量子通信骨干网络,
并已在交通银行、工商银行京沪间远程应用。
爱散步,爱吃野菜,
这个科学家有点萌!
无数人都称赞他,
说他是中国离诺贝尔奖最近的人。
奖项众多,盛誉不断,
可在他眼里,自己对物理学的钻研,
跟这些奖没有任何关系,他甚至提议:
科学的成就不需要奖来肯定。
在他看来,自己所做的努力,
只是来自于最初的好奇心。
生活中的他喜欢在工作间隙,
悠闲散步,捡捡树枝和板栗。
也爱做点小菜,
尤其喜欢家乡的野菜。
他还喜欢和儿子玩有趣的物理游戏。
在他眼里,
在和自然近距离接触的状态下,
还原人类最初的状态,
和自然没有隔阂,与自然融为一体,
保持初心,这才是真正对物理学的追求。
现在的他还希望,
在地月拉格朗日点上放一个纠缠光源,
向地球和月球分发量子纠缠。
如果这个梦想能实现,
潘建伟将摘取这个领域“皇冠上的明珠”。
他说:发展量子通信、
量子计算技术是国家重大需求,
是我义不容辞的责任,
而把量子世界最奇怪的问题搞清楚,
也是我内心最大的原动力。
人常说,“朝闻道夕死可矣”,
他却说:无论什么时候,
只要把为什么会有量子纠缠搞明白,
我马上就可以死,没有问题的。
但是现在可能还搞不清楚,
所以我就想活得长一点,
我想把它搞明白。
一个真正的科学家,
必须保持初心,必须有责任心,
必须有无穷的耐心,
去理解这个宇宙是怎么样的?
这就是科学探索的动机,
而这也一定是他能成为,
中国最好的量子物理学家的动机。
而今天中国教育所缺失的,
恰恰就是这种,
被应试教育所磨灭掉的,
对自然,对科学,最初的好奇心。
在巨大的名利声望前,
潘建伟坚守学术的真谛,
这是学者最难能可贵的。
他嗅每一片落叶的味道,
对世界保持着孩童般的好奇,
只是和科学纠缠,
保持与名利的距离,
站在世界的最前排,和宇宙对话,
以先贤的名义,做前无古人的事业!
这是感动中国人物颁奖典礼上,
对他的赞美之词。
今天,请让我们向这位
燃烧自己、实现中国科技强国梦的
科学家——潘建伟,
致敬、点赞!
视频:感动中国潘建伟
来源:大公报
责任编辑:
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(C) nvren.com量子隐形传输与“瞬间移动”毫无关系
战略前沿技术
来源:雷锋网&&作者:高婓 
编者按:人们对于“瞬间移动”这样的科技幻能总是怀有好奇心,梦想着有一天能够飞速到达自己想去的地方,随着物理学家和工程师逐步揭开量子隐形传输技术神秘的面纱,大家倾向于将“瞬间移动”等同于“量子隐形传输”,但是本文作者Andrian Cho的答案可能会令大家感到失望了。
  有两个团队已经在量子隐形传输研究领域创造了新的传输记录:利用深不可测的量子力学知识将一个粒子的量子态迅速从一个位置迁移到另一个位置的粒子上。其中一个团队采用这种方法,运用一种光学纤维将一个光子的量子态穿越加拿大西南部的一个城市,卡尔加里,传输到6.2公里之外;另一个团队将多个光子的量子态穿越中国上海,传输到14.7公里之外。
  据Nature Photonics今天报道,这两个团队在量子隐形传输领域的突破最终将催生一个牢不可破的量子互联网。但是,量子隐形传输是否会带来其他令人意想不到的裨益?未来,我们真的能利用它在一月一个寒冷的早晨实现“瞬间移动”吗?
  我们何时能够利用量子隐形传输技术实现“瞬间移动”?
  非常抱歉给出的答案令大家失望,但是,事实是,这种“科技幻能”将永远不能实现。撇去这种技术的名称不说,量子隐形传输与科幻电视系列剧《星际迷航》及其他科幻小说中描述的“瞬间移动”真的一点关系都没有。这种类型的“瞬间移动”通常是分解一个物质对象,通过空间传输分子物质,然后再另一个遥远的地方立即且完美地重组该物质实体。量子隐形传输不分解和重组任何对象,不涉及任何物质的移动。此外,该技术只运用于单一量子粒子层面:光子,电子,原子等。不论怎样,量子隐形传输与“真的”瞬间移动除了名称相同外,再无其他共同点。
  倘若量子隐形传输不能移动物体或人,那么这种技术的用途到底体现在哪里?
  与将一个远征队送到一个人类未至的星球上如此大的壮举相比,量子隐形传输的“小目标”似乎稍显逊色,不过,却有一种微妙的魔力。量子隐形传输能够立即将一个粒子的量子态传输到任意一个未知的位置,却不传送粒子本身。在某种意义上,有点像按照一个时钟上显示的时间,一模一样地调整远处另一个时钟上的时间。
  为何读取一个时钟的时间,之后再另一个时钟上设置相同的时间,能够为我们带来如此大的震撼?
  与读取时钟所显示的时间相比,一个粒子,如一个光子,的量子态更为复杂,更为微妙。读取一个时钟所显示的时间,然后,在另一个时钟上设置相同的时间,这种操作简单的不能再简单了,但是,我们无法在不改变一个粒子的量子态的前提下测量其量子态。我们无法将一个粒子的量子态“克隆”到另一个粒子上。量子力学的规律是不允许这样做的。相反,我们需要做的是找到一种方法,将甲粒子的量子态迁移到乙粒子上,而无需测量甲粒子的量子态。按上面提到的“时钟类比”来理解,就好像是在将一个时钟所显示的时间迁移到另一个时钟上,前提是不看第一个时钟上的时间。
  如何才能使这种“时钟类比”法成为可能?
  这的确有点难。你需要对量子态有些了解,才能更好地理解量子隐形传输。以单个光子为例。光子实质上是一种电磁波,因而,光子能够被“极化”,其电场将呈现水平或垂直分布。在神奇的量子力学中,光子能够同时以两种状态分布——因而,光子能够同时被垂直和水平极化。光子的状态由垂直量和水平量共同决定。
  但是,量子隐形传输所涉及的知识并不是这么简单。除了光子能够同时呈垂直和水平两种偏振态,光子的状态由另一个参数决定,即“相位”。故,光子的状态由垂直量、水平量及相位三者共同决定。可以将光子想象成一个抽象的球体,北极代表垂直偏振态,南极代表后期的水平偏振态。
  光子的精确状态是球体上的一个点,纬度代表在该状态水平偏振态和垂直偏振态之间的平衡,经度代表相位。因此,例如,赤道上的每一个点代表光子的一个状态,在该状态下垂直偏振态与水平偏振态达到平衡,但是,该状态的相位却是不同的,这时的相位能够通过某些更为复杂的测量方法获得。
  为何不能直接从该“抽象球体”上直接读取该点(光子)的状态?
  我们不能够直接从该“抽象球体”上直接读取该点(光子)的状态,因为量子粒子的测量结果仅能够提供有限的信息。就一个处于未知状态的光子而言,我们不能问球体上该状态的“坐标”是什么。相反,必须采用一种测量方法才能确定该状态的坐标。一个尤为重要的问题是:这个光子的极化方式是什么,垂直式或水平式?运用这种测量方法将获取一种结果,或者能够获取另一种结果,但是获取另一种结果的概率是由光子所处状态的垂直和水平偏振态共同决定的。不过,运用这种测量方法不能得出该状态的相位。测量光子的状态将导致原有状态发生改变,光子的状态将偏向一个极,完全呈水平偏振态或垂直偏振态。根据量子理论,打乱光子原有的状态是不可避免的。
  运用“布洛赫球”上的一个点的“坐标”描述单个光子的状态。该点的纬度(角θ)决定水平极化和垂直极化两者间的平衡状态。经度(角ψ)没有对应的经典类比量,但是会产生许多不可思议的量子影响。
  倘若不能够精确地测量光子的状态,有将如何实现量子隐形传输?
  要实现量子隐形传输需要更多的光子,这又体现了量子力学不可思议的一面。两个光子可以用一种微妙的联系连接在一起,我们称之为“纠缠度量”。当两个光子“纠缠”在一起时,每一个光子的状态是完全不确定的,但是,两个光子的状态是紧密联系在一起的。因而,在我们的抽象球体上,每一个光子所处的位置依然是完全不确定——可以毫不夸张地讲,一个光子在不同的状态将指向任意一个方向。尽管存在这种不确定性,两个光子所处的状态能够紧密联系在一起,因而其量子态是完全相同的。也就是说,如果我们测量一个光子所处的状态,最终将导致其原始量子态发生变化,根据上述分析,我们会知道,不论两个光子相距多远,第二个光子的量子态将立即随第一个光子的量子态同步变化。对于量子隐形传输来讲,这种类型的光子对极为重要。
  下面我们来介绍量子态紧密相联的光子对是如何实现量子隐形传输的。假定有两个人,分别命名为Alice和Bob,另外还有第三个人Charlie处于Alice与Bob之间。Alice准备传输一个光子,即她把这个光子定位于抽象球体的一个点上,通过光学纤维将光子传送给Charlie。与此同时,Charlie准备好一对相互“纠缠”的光子。他保留其中一个光子,将另一个光子传送给Bob。
  现在我们来看一下两个相互“纠缠”的光子是如何实现量子隐形传输的。当Charlie接收到Alice的光子,他可以收下这个光子,并在自己保留的光子和来自Alice的光子之间构建一种特殊的“联合”测量方法。由于量子测量将改变光子的原始状态,Charlie的测量实质上将强制性地把这两个光子置于一种相互“纠缠”的状态。(Charlie的测量实质上提出这样一个问题:这两个光子是处于一个特殊的相互“纠缠”的状态,还是处于一个互补的状态?)
  一旦Charlie用这种“纠缠度量”来测量两个光子的状态——来自Alice的光子与他从原始“纠缠”光子对中保留的光子,一件令人吃惊的事情将要发生了。由Charlie传送给Bob的光子立即还原Alice原来拥有的光子的量子态。也就是说,Alice的光子在球体上的坐标已经被隐形传输给Bob的光子,即使Bob离Charlie的距离有几公里远。
  但是为什么会出现这种现象?
  实验结果在很大程度上依赖于“纠缠度量”内在的联系。此外,为了弄清楚:为什么Alice光子的量子态最终迁移到Bob光子上,我们最好还是回过头来,好好思考这个数学问题。一旦我们熟悉这种测量方法,任意一个学习过高中代数的人都会做这种计算。
  难道物理学家的工作真的这么简单吗?
  与上述讲到的数学算法唯一不同的是,物理学家在实验中要保证两个光子的基本状态所到达的时间稍微不同,而不是极化状态不同。实验的难点在于:要确保传送给Bob的两个光子到达的时间大致相同,而且颜色和极化状态都要相同,否则,实验将不能成功进行。要在如此远的空间内实现隐形传输,这些将是技术层面的挑战。
  那么量子隐形传输将会带来什么裨益?
  即使上述分析有些抽象,量子隐形传输可以用于建立量子互联网。量子互联网将会与我们现在的互联网一样,不过,能够允许用户传输量子态,及量子态所包含的信息,不用传输经典信息,传输所耗费的时间为0秒到1秒之间。
  目前,物理学家和工程师已经构建出了不太成熟的量子互联网,能够运用光学纤维传送安全信息。这些技术是通过运用单个光子分布数值键加密或解密经过编码的信息。该技术的实现主要在于病毒代码不能在不干扰光子,暴露自己的情况下,测量这些光子的量子态。但是,目前,这类网络不全是以量子力学为理论支撑,因为在网络的每一个结点出都需要对信息进行解码,编码,使得这些结点容易影响黑客。
  运用量子隐形传输技术,物理学家与工程师可能会在一个网络中相距较远的结点间建立一种“纠缠”联系。原则上,这将导致用户在这些结点处忽略一些经过编码的信息,使得这些信息不易被破解。如果物理学家能够成功地研发出一种通用的量子计算机——使这种计算机能够运用量子比特进行计算,计算效率由于传统计算机,这种类型的量子网络将运用从远程终端加载计算机的初始设置。
  未来将会发生什么?
  没有人知道?不过,量子互联网将有可能比通用量子计算机更早地出现在我们的生活中。
“大变活人”是真是假?
量子隐形传送能能实现吗
  8月16日,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空!次日,中国遥感卫星地面站成功接收到了“墨子号”的首轨数据!
  “墨子号”要实现的科学目标:一是进行星地高速量子密钥分发实验,并在此基础上进行广域量子密钥网络实验,以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破;二是在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,在空间尺度验证量子力学理论。 
  量子、量子隐形传送,这些都是什么?其实,并没有想象中的那么复杂~
  还记得某年春晚有一个节目——魔术师刘谦施展“魔法”,众目睽睽下,让钢琴家李云迪瞬间消失在了舞台上,几乎同时却出现在相隔数十米开外的观众席中,向大家招手!
  我们知道,魔术终归是利用了某种障眼法,不是真实的。但是,从古到今,很多人总在心中幻想自己具备这种本事:在某个地方突然消失得无影无踪,在遥远的另外一个地方突然出现,毫发无损。那么在现实世界中,真的可以发生这种事情吗?想弄清楚这些,你需要清楚量子物理中的几个概念。
  量子态
  当你向别人描述一张书桌时,大到宏观的颜色、材质、结构、尺寸,小到书桌上的斑纹,但是我们用再多的语言也不能详细说明书桌的全部信息。我们把包含书桌全部信息的东西称为书桌的“状态”。毫无疑问,要得到两张完全一样的书桌是不现实的,因为无法使两张书桌的信息完全相同,即它们的“状态”是不同的。
  宏观物体包含的信息太多了,想获得并复制全部的信息确实难于登天。但是,假如一个东西足够简单,简单到比如只有一个原子、一个光子,描写它需要的信息比说清楚一张书桌要少得多。因此,就有希望把它的信息在某种程度上得到,或者至少某个方面的性质确切地表示出来。
  描写包含光子、原子等微观客体全部或者部分信息,在量子力学中用“量子态”来表示。例如,来自不同光源的光子可以用不同的量子态描写,如“烛光”对应的“热态”、“激光”对应的“相干态”等等。
  在科学家的努力下,这些抽象的量子态可以被严格描述为一些确定的数学形式。用它们可以完全地解释我们得到的结果并预言将会得到的结果。但是量子态本身却是一个带有虚数i的数学函数。
  宏观物体无法做到一模一样
  如果你想克隆一个原子,你就需要知道这个原子的全部信息,但是你永远无法做到。这不是因为人类不够聪明或者我们的仪器不够先进,而是因为量子力学的不确定性原理。根据这个原理,我们不可能以任意精确度把所研究对象的某些物理量同时测准,从而无法准确地得到被测对象的全部信息。对单个原子是这样,更别说两张一模一样的书桌啦!
  测量行为会干扰被测物体本身,导致物理量无法测准。在宏观世界这样的事情每天都在发生,只不过测量对被测物体的干扰比较小,大家没有注意罢了……但在微观世界,测量对其干扰很大,甚至会完全破坏被测对象!
  这真是一件遗憾的事情!我们受到了某种物理学原理,而不是我们的聪明才智的制约,不能准确无误地复制一个原子,一个量子态。
  既然我们不能获得量子态的全部信息,然后把它复制很多份,但是我们能不能把一个量子态在一个地方“捣碎”了,以某种方式传送到另一个地方,然后再把那个已经“捣碎”灭亡的量子态在新的地方恢复出来呢?
  这件事情不违反量子物理的基本原理,因为我们并没有提取被“捣碎”的量子态的信息。科学家用量子力学的原理证明这是可以做到的!要说清楚这件事情我们必须提到一种被称为纠缠态的量子态。
  量子纠缠态
  纠缠态是一种性质怪异的量子态。爱因斯坦等三位科学家为证明量子力学的不完备而假想的一种状态,我们以这三个科学家的名字第一个字母称其为EPR态。纠缠态的一个特征是非定域性,这是宏观世界所没有的现象,即单一量子态中的两个粒子可以处于空间相距很远的地方。宏观物体,比如一个人,不能在同一时刻出现在北京和上海,但是一个纠缠态是可以的。
  科学家们发现,要在宏观上产生EPR量子纠缠态非常困难。然而如果换成简单、微小得多的光子、原子等,则可望在一定程度上实现。
  1993年,Bennett等六位科学家发现,利用量子纠缠态,能够实现一个未知量子态在一个地方消失,在另外一个地方被重新完全恢复出来。这一现象被称为量子隐形传送。
  1997年奥地利的Zeilinger小组利用自发参量下转换中产生的光子对作为EPR态,成功地实现了光子偏振态的量子隐形传送。2003年笔者在加州理工学院Kimble研究组完成了一束激光的量子隐形传送。2012年中国科技大学潘建伟小组进一步实现百公里量级的自由空间量子隐形传态。
  美国加州理工学院量子光学实验室(a)和日本东京大学(b)完成的对一束激光的量子隐形传送实验的一角。这些实验的复杂精巧程度和技术难度已经远远超出了我们可以在此详细陈述的范围。
  这些激动人心的实验,可能会让你浮想联翩:是否在不远的将来,人们就可以实现比原子更大、更复杂的东西,比如一个分子、一个病毒、一个细胞、一只昆虫甚至一个人的量子隐形传送呢?
  比较起来,光子实际上是我们能够操控的非常简单的量子客体,要量子隐形传送它尚且如此困难,更不用说具有静止质量和复杂结构的原子了。虽然从原理上说,只要一个对象能用量子态彻底表示,利用纠缠态它就可能实现量子隐形传送,但是描写一个宏观物体所需要的参数太多了,要真实地实现象本文开头提到的刘谦魔术中对一个人的隐形传送,仍然只是一个神话。
  但是,量子隐形传送实验的成功告诉我们,利用量子纠缠态,我们确实可以把一个量子态——它是客观存在的,包含了客体的全部信息——以一种金蝉脱壳的方式,传送到另外一个地方。在那里,它被原封不动地再现回来。人们对光子和原子这些微观体系已经可以在一定程度上在实验室做到,虽然困难重重,极富挑战性,但是,毫无疑问人们可以走得更远!
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