量子態傳輸

量子態傳輸是一種全新通信方式,它傳輸的不再是經典信息而是量子態攜帶的量子信息,是未來量子通信網路的核心要素。利用量子糾纏技術,需要傳輸的量子態如同科幻小說中描繪的“逾時空穿越”,在一個地方神秘消失,不需要任何載體的攜帶,又在另一個地方瞬間神秘出現。

量子信息學就是以量子力學為基礎,重新審視主流的計算和通訊理論及其實現技術的嘗試,之所以用嘗試這個詞,是我認為這個學科的建立也還是在向經典信息理論妥協的結果。
今天量子信息學在其智力的觸角能伸到的地方已經取得了一些成果,其中容易理解的是量子比特的概念和隱形傳輸的通信技術,也就是前文的實驗。
在經典資訊理論中,信息量的基本單位是比特,一個比特代表經典二值系統(0,1)的一個取值的信息量。量子信息學中,基本單位是量子比特或稱為量子位,量子比特是一個雙態量子系統,這裡的雙態指的是兩個線性獨立態。在量子信息中,用作量子位實現的雙態系統就是光子。解釋一下,愛因斯坦是第一個認識到電磁輻射是以量子形式進行的,而且是以量子形式傳播的。
我們掌握了量子比特的概念,其實就獲得了一個更廣闊的物質財富效應,可以實現在比特領域無法想像的操作。
量子隱形傳態技術就是正在新興的通訊領域,利用量子糾纏現象,可以實現不傳送任何量子位而把量子位的未知態(即這個態包含的信息)傳送出去。這樣的淨結果,就是張三所擁有的“笑態=笑容+滑稽動作+搞笑服裝”,從張三處消失,並經過一個延遲(經典通訊和李四的操作時間),出現在李四那裡。張三位置不動,李四位置也沒有動,動的只是張三擁有的“笑態”,在李四處復活了。這在中國古代學術領域稱為“遁術”。
與小說中稱為“遠距取物”不同的是,這只能稱為“遠距送物”,時間上送在先,復活在後。特別需要指出的是,上面的解說還受到線性的局限,理論上可以藉助量子的隱形傳態技術,傳輸任意複雜的量子態,包括這些態的組合。
目前在區域網路中,中外科學家10多年前已經實現了包括量子隱形傳態在內的,比如量子密鑰分配等超乎經典資訊理論可以理解的人間奇蹟。
量子信息學的進展不盡如人意,發展緩慢,主要原因是世界科學界自二戰以後,具有遠見的學術巨擘鳳毛麟角;其次,各國和社會均對此重視不夠,科學淪為經濟的頭飾;再者現在從事這個領域工作的普羅學者天天遊走在經典與量子兩個狀態的邊緣,為了生計只能將就經典資訊理論,這樣才能有經費支持,有社會名聲。如果搞前瞻性的量子信息這樣的探索行為,在學科內部彼此學術交流都困難,更不用說和現實社會的交流了。
實際上,早在19世紀和20世紀之交時,物理學就完成了從牛頓力學向量子力學的轉型。遺憾的是,這個轉型目前只涉及地球上極少數的個體,而對極多數的人群而言,世界如故,各國的高考試題全部都在為經典數學和力學唱讚美詩。
不僅在科學領域,藝術方面也是一樣。各國專業的美術教育機構都將素描視作美術的基礎,世界知名的畫家塞尚曾經質疑過這一傳統行為,說我看到的世界是彩色的,為什麼說素描是色彩的基礎?
如果繼承塞尚的探索精神,對物質世界,我們也應該提出以下的質疑:世界的本質是量子的,當今主流的經典規律只是量子規律在巨觀條件下的近似,那么我們為什麼還為沉睡在比特中而沾沾自喜?
答案只能歸結於全球今天的教育制度,我一直以為,在幼稚園就應該開講非歐幾何、量子理論這些關乎世界本質的發現,而不是進行直線、平面和慣性力學這些人造幻覺的灌輸。

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