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量子究竟能干啥

2019/08/15 来源:亳州信息港

导读

嗖 地一声,整个人被传送到千里之外;远隔千里,毫无延迟地快速通信;大量千年无解数学难题分分钟内得到破解搭上政协会议的东风, 量子 火了一

  嗖 地一声,整个人被传送到千里之外;远隔千里,毫无延迟地快速通信;大量千年无解数学难题分分钟内得到破解

  搭上政协会议的东风, 量子 火了一把。

  据报道,政协委员、中科大副校长潘建伟透露,中国正在北京与上海之间加紧建设世界长量子保密通信骨干络工程 京沪干线 ,并实施战略性先导科技专项 量子科学实验卫星 工程。

  一石激起千层浪,人们的好奇心和想象力被激发, 甚至出现了 瞬间传送 、 超光速 等 激动人心 的展望。

  不过,事实会让很多人失望。是否能够实现 超光速 传播和 瞬间传送 ,目前学术界还存在争议,相当长的一段时间内还是幻想。

  那么,到底走近我们的 量子 能做什么呢?

  量子再引人注目

  量子上一次引发人们的普遍关注,是在2012年。2012年10月9日,瑞典皇家科学院会议厅,瑞典皇家科学院常任秘书诺尔马克宣布将2012年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家塞尔日?阿罗什(Serge Haroche)和美国物理学家戴维?瓦恩兰(David J. Wineland)。随后,诺尔马克阐述了 突破性的实验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能 的获奖理由。

  量子究竟有哪些奇妙之处呢?

  量子此次被关注,是量子纠缠的奇妙特性。量子纠缠,是指成对出现的量子之间的 心灵感应 。如果强行将两者拆散,两者状态依然是不确定的,但通过外界观测其中一个,将其参数固定,另一个会 感应 到这一变化,也固定下来。就像装在黑袋子里的两个小球,每时每刻都在红绿两种颜色中变化,但你从黑袋子里掏出一个小球,发现它是红色的,那么另一个小球就会自动变成绿色。这种特性就是量子通信的基础。

  在量子这一领域,中国学术界,尤其是潘建伟领导的研究小组,是不可忽视的一支力量。

  据媒体报道,2004年,中国科大潘建伟、彭承志等研究人员开始探索在自由空间实现更远距离的量子通信。2005年,该小组在合肥创造了1 公里的自由空间双向量子纠缠分发世界纪录,同时验证了在外层空间与地球之间分发纠缠光子的可行性。2007年开始,中国科大 清华大学联合小组在北京八达岭与河北怀来之间架设长达16公里的自由空间量子信道,终在2009年成功实现了世界上远距离的量子态隐形传输,证实了量子态隐形传输穿越大气层的可行性。2010年,该联合小组成功实现了当时世界上远距离的量子态隐形传输,16公里的传输距离比原世界纪录提高了20多倍。

  到今年为止,这些突破更多地是在学术界引起反响。而潘建伟所透露出来的信息,让人们似乎感到 量子 已经来到我们身边。

  不过,量子究竟能给我们带来什么,很多人仍然迷茫不清。

  量子通信:安全性提升更为明显

  量子纠缠并不受光速的影响,这让很多人希望通过量子通信解决通信延迟问题。虽然事实上,现阶段还并不能实现。

  打过越洋的人,如果比较敏感,会察觉通话过程中些微的延迟。这种延迟更多是由于途经的各种路由设备等造成。毕竟对于地球四万公里的周长,即使是地球的对面,由于光速限制造成的延迟仍然只有2/15秒(单向1/15秒)。然而,如果你和位于太阳一样远的人通信,发出的信息需要8分钟才到达,16分钟之后才能收到回复,这种延迟就有点无法忍受。

  量子通信,是将处于量子纠缠状态的一对量子置于两地,在一地通过观测等手段确定量子状态之后,另一地会同时发现量子状态的变化。即使两个量子远隔几光年,这种 心灵感应 无需时间。那么,量子通信是否能突破延迟的限制呢?

  这一目标目前还不能实现。单是量子状态的改变,并不能确定信息的内容,还需要知道另一端的观测手段,才能反推出信息的内容。因而,必须用常规通信方式将 观测手段 发送给收信方。

  打个比方,量子就像一个带有自毁装置的密码箱,密码箱用飞机送到你手里,你收到了箱子却看不到箱子里的内容,必须要等待只能用火车送过来的密码。那么,你看到信息的速度依然受限于火车而不是飞机。这就限制了 超光速 传递信息的可能性。

  那么,量子通信的好处在哪里?

  的好处就是更高的安全性。由于对量子的任何外界扰动都会使其状态发生变化,而其 心灵感应 又不需要传送过程,因而,在发送量子过程中、确定量子状态过程中,都无法通过外力 监听 ,即使 监听 ,也会马上被通信者发现。就像你的密码箱,如果别人接触就会自毁,你会马上发现;如果别人不接触密码箱,截获了密码依然无法得知箱子中的内容。

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