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《非洲穿越》第十五节 真正黑科技
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关于“黑科技,究竟是科学引领科学幻想还是科学幻想引领科学,答案肯定是前者,有时却不一定。科学之所以称之为科学,是它绝不忽略物理世界的任何现象,必欲揭开这些现象的由来和其中奥秘而后快。过程通常是通过复杂的思考,利用数理逻辑缜密的推理、计算,做出判断,再通过无数次的物理实验加以证实。一个经过实证的的科学结论,皇皇者称之为定律,大大者称之为定理,小小者称之为原理,小小不言者称之为论断。皇皇者总是划时代的,标志着人类对客观世界的认识进入一个崭新的阶段。牛顿的三大定律使人类彻底摆脱了蒙昧的世界观、爱因斯坦的学说则使人类建立起全新的宇宙观,四度空间,空间的弯曲,黑洞,膨胀的宇宙,以及刚刚被证实的引力波的存在,大大刺激了人类的想象力,人类的奇幻构想愈发不可收拾。物理学最前沿的量子力学:量子的叠加态、纠缠态,两态的存在使得两个相对应的量子,可以在相隔万里的两个地方互相感应。这一现象的发现和被验证,带来了物理学的一场革命。它立刻激发起人类的想象,幻想用量子隔空感应的原理,实现物质实物量子级数的远距离传输。什么是黑科技,这才是迄今为止最大的黑科技。比如把构成人体的碳、氢等基本元素极化为量子信息,在本地生成的这些信息,一定已在异地存在,通过一套装置还原这些信息,它立马现身。科幻电影《星际迷航》已有成例,尽管现实的应用差得还太远太远,在没有实现前全是一纸荒唐事。但今天没有人不承认,凡是量子力学事,择其点滴稍加应为,也是天大的事。不久前中国科学家建立起一套量子通信系统,虽然远不是实物传输那么动人心弦,但看上去已是十足的黑科技了。事实上,他们实验的量子通信,算不上纯粹意义上的量子通信,只是用了量子力学部分原理,利用量子特性为传统通信加密。原来,量子两态——叠加态、纠缠态,都有一个共同的特点,不可触碰、不可干扰,任何形式的接触、干扰,只要出现,即刻变回普通粒子。量子科学水不是一般的深。中国量子通信实验直接利用量子两态并将其作为传输媒介,想都不要想,他们只能利用传统的传输方式,而且选择的传输媒介光子也不是最好的,比起电磁波,光粒子传输受气象影响很大,大气中悬浮的微粒与太阳光形成的反射会对光子传输形成很大干扰,利用光子做远程传输并不是最优选择。但为了实现所谓的量子通信别无选择。因为他们需要用光粒子制备光量子——一个处在量子叠加态和纠缠态的光粒子——用它做密钥,为传统通信过程中的信息加密。之所以号称量子通信,要义(量子加密通信)在此。按照量子力学原理,微观物理世界,分子、原子之下,可细分的还有各种粒子,粒子有千种,细分下来有什么电子、夸子、激子、玻色子,等等,极致到“上帝超微粒子”,暗物质可能也是一种。这些先不管他。粒子是它们的统称。量子科学家告诉我们,在微观世界原子级层面,任何粒子都可能具有叠加态、纠缠态、波粒二象、隧穿障碍四个特性。它们奇异的表现可用一个“既是——又是”的语言句式概括。比如纠缠态,指的是量子不受时空限制,既是在这里,又是在那里;叠加态指的是,量子既是在向左旋转,又是在向右旋转;波粒二象也不例外,它指的是,粒子既是颗粒状的粒子又是像声波、电磁波一样波动的物质,全看受干扰的程度:毫无干扰的时候它以波的方式运动,受到干扰时它会退回粒子的运动方式。当它是波的时候,它可以像声波、电波那样隧穿障碍。当它是粒子的时候,与普通粒子没有什么不同,它们成点、成群、成束地运动,但绝不会波物质那样,以震荡的形式弥漫开来,一波接着一波,所到之处,遇有阻拦,也能穿障而过。怪异、太怪异,是的,量子科学就这么匪夷所思!

量子科学家却道出其中奥妙,实际上量子不是一种物质,而只是量子力学一个概念。是一门关于粒子能量测量、计算和定义的学问。用时下流行的话说,量子力学就是一门对粒子能量进行计量、计算的科学。量子这个词大约由此而来。探测到量子的过程很不简单,一般要在接近绝对零度(零下273.15摄氏度)的情况下才能做到,对它计量就更不容易了。这是因为一对左右上下同时自旋处于量子叠加态和纠缠态的粒子,绝对不可受干扰,任何形式的触碰,上下左右同时自旋的叠加态和隔空感应的纠缠态即刻改变,变回普通粒子,无论时空点在哪里,你变我也变,你不变我不变,概莫例外。粒子多了去了,漫处都是,不是个个粒子都可称为量子。或者说,你直观观察、接触到的粒子都不是量子,你观察不到、接触不到的粒子可能个个是量子。认识量子科学,量子科学家教导我们必须牢牢记住:当粒子被观察和测量到它们正处在叠加态的时侯,它们叫量子;一个处在叠加态的粒子一定处在量子纠缠态中。处在纠缠态中的粒子,当然也叫量子。当粒子同时具有粒子和波一样的属性时,它叫量子,当粒子像声波、电波一样能够隧穿物理障碍的时候,这个粒子必是量子无疑。不在其列的,粒子就是粒子。所以说,一切可触碰的粒子都不是量子;受到干扰,量子波的属性退回到粒子状态,这个退的过程有个专门术语叫“退相干”,相干性退尽,量子不再是量子,这说明,量子不仅不可触碰,受到干扰也会回复原形。问题来了,既然不可触碰、不可干扰,科学家谈何应用。

恰是它的太过神奇,为量子科学家们打开了奇思异想的大门,引来无数精英物理学家簇拥到了量子物理学的门前。他们决意要找出方法利用量子的特性为我们这个时代创造价值。于是有了量子计算机打头阵,量子加密通信紧跟其后,以及在全球许多实验室紧锣密鼓进行的各种应用设计、研发和实验。他们拉开了当今世界有如创世纪一般的量子科技竞赛的大幕。。

应该说利用量子特性为信息的传输加密是所有量子技术应用当中比较好理解的一种。以中国一位名叫潘建伟的科学家为首的科学团队开始了他们一半科幻一半现实的实验。他们的方法是先在光的最小单位光粒子里找出一对光量子,再想办法操纵它,把它分发出去,一个在手边一个在远端。他们的实验成功证明,一组经过量子加密的数据包在传输过程中——是的,它可以被侦测,但侦测就是触碰,光量子在受到干扰后立刻改变状态,被加密的数据包随之失效。窃密者只有徒叹奈何了。2016年潘建伟鼓动中国发射了一颗量子加密通信实验卫星,他宣称,量子密钥加密通信作为一项新技术,最终可以建立起一个全球网络,并预言,自2016算起,10到15年可在中国建起一个量子加密的卫星通信网络。把有关量子叠加态原理当中的一部分应用到通信加密上,先不说究竟做得怎么样,听听都觉得是一件很了不起的事。宏图伟业,说易行难啊。如前所述,除了必须具备极端低温条件的环境,还要避开量子不可触碰的铁律,操纵意味着触碰和干扰,如今世界单单一个光量子的探测设备已是高科技高的不得了的东西,制造起来殊为不易,更别说把探测到的光量子原封不动分发到所需各处。要熬白多少少年头啊。

至于量子纠缠态的运动原理和鬼魅属性,从一开始就极具争议,把它应用到现实中多少都有些科幻成分。连创立量子力学的爱因斯坦都感到迷惑。难道两个相隔千里万里处在量子纠缠态的粒子会互通声息,否则怎么可能始终保持同一量子态,而且一损俱损,稍有动静,刹时改变,除非它们之间有一种物质比光速还快。飞来飞去为它们传递信息。爱因斯坦死不认为这个宇宙有比光子飞行速度还快的物质。量子理论却总在暗示,量子之间的信息传递确实有比光速还快的东西存在,否则你无法理解,一对量子态的粒子,一个来到1光年的地方,突然受到干扰,量子态随之改变,照说它也要回头飞行1光年才能返回告诉同伴它做了怎样的改变。可是量子纠缠理论坚持认为量子间的通信就是比光速快,就是可瞬时完成。为什么,不知道。你不知,我不知,他不知。上帝知道。量子科学是当今最大的黑科技,未解迷底太多,这一次,大约一半是科学幻想在引领科学。


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