量子传输.doc

量子传输是一种全新通信方式,它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息,是未来量子通信网络的核心要素。利用量子纠缠技术,需要传输的量子态如同科幻小说中描绘的“超时空穿越”,在一个地方神秘消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方瞬间神秘出现。 量子信息学就是以量子力学为基础，重新审视主流的计算和通讯理论及其实现技术的尝试，之所以用尝试这个词，是我认为这个学科的建立也还是在向经典信息理论妥协的结果。 今天量子信息学在其智力的触角能伸到的地方已经取得了一些成果，其中容易理解的是量子比特的概念和隐形传输的通信技术，也就是前文的实验。 在经典信息论中，信息量的基本单位是比特，一个比特代表经典二值系统（0，1）的一个取值的信息量。量子信息学中，基本单位是量子比特或称为量子位，量子比特是一个双态量子系统，这里的双态指的是两个线性独立态。在量子信息中，用作量子位实现的双态系统就是光子。解释一下，爱因斯坦是第一个认识到电磁辐射是以量子形式进行的，而且是以量子形式传播的。 我们掌握了量子比特的概念，其实就获得了一个更广阔的物质财富效应，可以实现在比特领域无法想象的操作。 量子隐形传态技术就是正在新兴的通讯领域，利用量子纠缠现象，可以实现不发送任何量子位而把量子位的未知态（即这个态包含的信息）发送出去。这样的净结果，就是张三所拥有的“笑态=笑容滑稽动作搞笑服装”，从张三处消失，并经过一个延迟（经典通讯和李四的操作时间），出现在李四那里。张三位置不动，李四位置也没有动，动的只是张三拥有的“笑态”，在李四处复活了。这在中国古代学术领域称为“遁术”。 与小说中称为“远距取物”不同的是，这只能称为“远距送物”，时间上送在先，复活在后。特别需要指出的是，上面的解说还受到线性的局限，理论上可以借助量子的隐形传态技术，传输任意复杂的量子态，包括这些态的组合。 与小说中称为“远距取物”不同的是，这只能称为“远距送物”，时间上送在先，复活在后。特别需要指出的是，上面的解说还受到线性的局限，理论上可以借助量子的隐形传态技术，传输任意复杂的量子态，包括这些态的组合。 目前在局域网中，中外科学家10多年前已经实现了包括量子隐形传态在内的，比如量子密钥分配等超乎经典信息论可以理解的人间奇迹。量子信息学的进展不尽如人意，发展缓慢，主要原因是世界科学界自二战以后，具有远见的学术巨擘凤毛麟角；其次，各国和社会均对此重视不够，科学沦为经济的头饰；再者现在从事这个领域工作的普罗学者天天游走在经典与量子两个状态的边缘，为了生计只能将就经典信息论，这样才能有经费支持，有社会名声。如果搞前瞻性的量子信息这样的探索行为，在学科内部彼此学术交流都困难，更不用说和现实社会的交流了。 实际上，早在19世纪和20世纪之交时，物理学就完成了从牛顿力学向量子力学的转型。遗憾的是，这个转型目前只涉及地球上极少数的个体，而对极多数的人群而言，世界如故，各国的高考试题全部都在为经典数学和力学唱赞美诗。 不仅在科学领域，艺术方面也是一样。各国专业的美术教育机构都将素描视作美术的基础，世界知名的画家塞尚曾经质疑过这一传统行为，说我看到的世界是彩色的，为什么说素描是色彩的基础？ 如果继承塞尚的探索精神，对物质世界，我们也应该提出以下的质疑：世界的本质是量子的，当今主流的经典规律只是量子规律在宏观条件下的近似，那么我们为什么还为沉睡在比特中而沾沾自喜？ 答案只能归结于全球今天的教育制度，我一直以为，在幼儿园就应该开讲非欧几何、量子理论这些关乎世界本质的发现，而不是进行直线、平面和惯性力学这些人造幻觉的灌输。 中国量子态隐形传输实验成功 未来通信将终结光缆 原理一个爱因斯坦的预言两个形态(类似振动频率)相同的量子，无论它们在宇宙中相隔多远，只要其中一个发生变化，另 外一个也会有完全相同的变化，这种现象现代科学无法解释应用一个诡异现象的现代应用但是，这种量子之间的“诡异”特性却被现代科学家巧妙利用于远程通信技术，他们把两个同源的量子分开，对其 中一个施以“信息”，那么，远在许多公里之外的另一个量子也会有同样的“反应”，通过读取它的反应，可以实现远超目前水平的通信技术。比喻量子好比千年前的棍子我们来看看一段历史古希腊的斯巴达人将一张皮革包裹在特定长短粗细的棍子上，再写上传 递的信息；而信息接收者只需有根同等尺径的棍子，收到皮革后将皮革裹到棍子上就可以读出原始信息。即使皮革中途被截走，只要对方不知道棍子的长短粗细，所 看到的也只是一些无用的信息。形象地说，“棍子”就是量子态隐形传输的特殊装置，而“皮革”就是传输的信息。 由中国科学技术大学和清华大学组成的联合小组，日前成功实现了16公里的量子态隐形传输。这 是目前量子通信研究上的世界纪录。让全球量子化通信进一步接近现实，海底光缆等传统 技术可能成为历史。名词解释量子态隐形传输量子态隐形传输是一种全新通信方式，它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息，是未 来量子通信网络的核心要素。利用量子纠缠技术，需要传输的量子态如同科幻小说中描绘的“超时空穿越”，在一个地方神秘消失，不需要任何载体的携带，又在另 一个地方瞬间神秘出现。按照常理，信息的传播需要载体，人与人的对话需要通过声音来传播，手机与基站之间要 通过电磁波来传输信号，互联网的信息传递也需要在光缆中传输的光信号。那么，不需要载体的信息传递是否存在？在量子世界里，在纠缠光子的帮助下，量子态隐 形传输就可以实现这一点。关键词 量子纠缠爱因斯坦称为“幽灵”联合小组成员、清华大学教授彭承志告诉记者，该实验首次证实了在自由空间进行远距离量子态隐 形传输的可行性，向全球化量子通信网络的最终实现迈出了重要一步。他预测，今后10年内有望建成覆盖全球的量子通信网络。量子态是指原子、中子、质子等粒子的状态，它可表征粒子的能量、旋转、运动、磁场以及其他的 物理特性。曾被爱因斯坦称作幽灵般的超距离作用的“量子纠缠”，指的是在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多 远，只要一个粒子发生变化，另一个粒子的状态也会立刻发生相应的变化，这就是量子纠缠。彭承志介绍，在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态如同科幻小说中“超时空传送”，在一个地方 神秘地消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘地出现。关键词 16公里证实穿越大气层可行1997年，奥地利蔡林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证；2004 年，该小组利用多瑙河底的光纤信道，成功地将量子态隐形传输距离提高到600米。2004年开始，潘建伟、彭承志等研究人员开始探索在自由空间信道中实现更远距离的量子通 信。在自由空间信道中，光子传输几乎不存在退相干效应，而一旦穿透大气层进入到外层空间，光子的损耗更是接近于零，这使得自由空间信道相比光纤信道在大尺 度上具有特别的优势。该小组于2005年在合肥创造了13公里的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对的可行性。 2007年开始，中国科大-清华大学联合研究小组开始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，并取得了一系列关键技术突破，最终 在2009年成功实现了世界上最远距离的量子隐形传态，证实了量子隐形传态过程穿越大气层的可行性，为未来基于卫星量子中继的全球化量子通信网奠定了可靠 基础。彭承志告