量子通信的奧秘-展示頁(yè)
2025-07-07 22:42本頁(yè)面
【正文】 ，這就是一種測(cè)量行為，這種測(cè)量對(duì)量子體系來(lái)說(shuō)意味著對(duì)整個(gè)體系的破壞，其結(jié)果是被測(cè)量的信息將全部消失。換個(gè)角度說(shuō)，量子一旦被測(cè)量過(guò)，就不再是原來(lái)的那個(gè)量子了。如果一枚旋轉(zhuǎn)著的硬幣是量子世界中一個(gè)物體，一旦你要復(fù)制它，勢(shì)必要對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，這種外來(lái)的行為就會(huì)改變它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 兩束激光束以稍微不同的頻率發(fā)射像貓臉一樣的圖像(顯示具有偏離橙色和紫色的色彩)揭示了扭曲的線條中的細(xì)節(jié)，顯示了糾纏在一起的兩幅圖像中存在的隨機(jī)波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中傳輸?shù)闹皇潜磉_(dá)量子信息的“狀態(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。1997年，在奧地利留學(xué)的中國(guó)青年學(xué)者潘建偉與荷蘭學(xué)者波密斯特等人合作，首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。1993年，在貝內(nèi)特提出量子通信概念以后，6位來(lái)自不同國(guó)家的科學(xué)家，基于量子糾纏理論，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱形傳送的方案，即將某個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個(gè)地方，把另一個(gè)粒子制備到該量子態(tài)上，而原來(lái)的粒子仍留在原處，這就是量子通信最初的基本方案。量子通信是由量子態(tài)攜帶信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實(shí)現(xiàn)保密通信過(guò)程。量子糾纏證實(shí)了愛因斯坦的幽靈——超距作用（spooky action in a distance）的存在，它證實(shí)了任何兩種物質(zhì)之間，不管距離多遠(yuǎn)，都有可能相互影響，不受四維時(shí)空的約束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深層次的內(nèi)在聯(lián)系。從笛卡兒、伽利略、牛頓以來(lái)，西方科學(xué)界主流思想認(rèn)為，宇宙的組成部份相互獨(dú)立，它們之間的相互作用受到時(shí)空的限制（即是局域化的）。愛斯派克特（Alain Aspect）和他的小組成功地完成了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了微觀粒子“量子糾纏”（quantum entanglement）的現(xiàn)象確實(shí)存在，這一結(jié)論對(duì)西方科學(xué)的主流世界觀產(chǎn)生了重大的沖擊。由于人們對(duì)糾纏態(tài)粒子之間的相互影響一直有所懷疑，幾十年來(lái)，物理學(xué)家一直試圖驗(yàn)證這種神奇特性是否真實(shí)。量子通信具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，是目前國(guó)際量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。 盡管愛因斯坦最早注意到微觀世界中這一現(xiàn)象的存在，但卻不愿意接受它，并斥之為“幽靈般的超距作用（spooky action at a distance）” ?！薄怨鉅N院士《愛因斯坦的幽靈：量子糾纏之謎》郭光燦院士書中所指的“物理學(xué)靈魂”的論戰(zhàn)，與“量子糾纏”現(xiàn)象有著莫大的關(guān)系。然而，他們對(duì)于這個(gè)理論的含義卻一直爭(zhēng)論不休。這對(duì)他來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直是個(gè)晴天霹靂！玻爾立刻放下所有的工作，他說(shuō)：‘我們必須睡在問(wèn)題上。他拿起來(lái)看了看，臉上露出孩子般頑皮的微笑——這回他終于可以戰(zhàn)勝老對(duì)手玻爾了。他來(lái)普林斯頓小鎮(zhèn)快兩年了，已經(jīng)熟悉并開始喜歡這個(gè)恬靜的“室外桃園”。2009年9月，中國(guó)科技大學(xué)教授潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)建成了世界上首個(gè)5節(jié)點(diǎn)的全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)語(yǔ)音量子保密通信，這一成果標(biāo)志著中國(guó)在城域量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求，走在了國(guó)際前列。量子通信的奧秘從普朗克的能量子假說(shuō)、到愛因斯坦的光量子理論到玻爾的原子理論，在百年的時(shí)間里，量子力學(xué)發(fā)展迅速。尤其是20世紀(jì)二、三十年代，愛因斯坦和玻爾之間的“物理學(xué)靈魂的論戰(zhàn)”引發(fā)了無(wú)數(shù)科學(xué)家對(duì)“量子糾纏”現(xiàn)象的研究，從而點(diǎn)燃了量子通信的星星之火。愛因斯坦的幽靈：量子糾纏之謎“1935年5月的一天早晨，愛因斯坦像往常一樣準(zhǔn)時(shí)來(lái)到普林斯頓高等研究院的辦公室。辦公桌上放著他和助手波多爾斯基、羅森一起剛剛發(fā)表在《物理評(píng)論》上的論文。與此同時(shí)，在大西洋彼岸的哥本哈根大學(xué)玻爾研究所，愛因斯坦的文章立刻引起了物理學(xué)家玻爾的關(guān)注和不安?！瘣垡蛩固购筒柺?0世紀(jì)兩位最偉大的物理學(xué)家，他們都為量子理論的建立做出了奠基性的貢獻(xiàn)。這一爭(zhēng)論被稱為‘關(guān)于物理學(xué)靈魂的論戰(zhàn)’。 在量子力學(xué)中，有共同來(lái)源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子發(fā)生變化就能立即影響到另外一個(gè)粒子，即兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子無(wú)論相距多遠(yuǎn)，都能“感知”和影響對(duì)方的狀態(tài)，這就是量子糾纏。如今，量子糾纏已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)確實(shí)存在，量子糾纏的實(shí)證已被認(rèn)為是近幾十年來(lái)科學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一，對(duì)科學(xué)界和哲學(xué)界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，成為量子計(jì)算機(jī)和量子通信的理論基礎(chǔ)，并從理論走向現(xiàn)實(shí)，逐漸走進(jìn)人們的日常生活。量子通信——以實(shí)驗(yàn)駁倒愛因斯坦所謂量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是近二十年發(fā)展起來(lái)的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。追溯量子通信的起源，還得從愛因斯坦的“幽靈”——量子糾纏的實(shí)證說(shuō)起。1982年，法國(guó)物理學(xué)家艾倫在量子糾纏理論的基礎(chǔ)上，1993年，（Quantum Teleportation）的概念。量子通信概念的提出，使愛因斯坦的“幽靈（Spooky）” ——量子糾纏效益開始真正發(fā)揮其真正的威力。量子隱形傳態(tài)不僅在物理學(xué)領(lǐng)域?qū)θ藗冋J(rèn)識(shí)與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過(guò)量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)原則上不可破譯的量子保密通信。這是國(guó)際上首次在實(shí)驗(yàn)上成功地將一個(gè)量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，量子通信這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展，主要涉及的領(lǐng)域包括：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。跟蹤量子密碼在普朗克提出的量子理論中，量子的不可復(fù)制性是一項(xiàng)
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