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亚洲城ca88官方网址 墨子号量子卫星到底有没有取得科研成果,是不是骗人的?(四)

发布时间:2020-01-11 17:32:42 |

亚洲城ca88官方网址 墨子号量子卫星到底有没有取得科研成果,是不是骗人的?(四)

亚洲城ca88官方网址,我们继续从以下四个方面来说说墨子号的事:

1.潘建伟发表了哪些论文?

2.墨子号完成了什么科研任务?

3.何谓单光子源和单光子检测?

4.何谓量子纠缠?

以下是前三篇的传送门:

墨子号量子卫星到底有没有取得科研成果,是不是骗人的?(一)

墨子号量子卫星到底有没有取得科研成果,是不是骗人的?(二)

墨子号量子卫星到底有没有取得科研成果,是不是骗人的?(三)

第四篇我们来说说“量子纠缠”。

量子纠缠

目前量子力学可谓是最热门的前沿科学(当然是指在我们国内),在我们日常生活中,几年前大家在电视上、在网上看到的广告大都是纳米鞋、纳米衣服、纳米药丸;没过多久,我们又开始流行石墨烯电池、石墨烯充电宝、石墨烯陶瓷等等。

而现在最流的就是量子产品了,什么量子内裤、量子水、量子眼镜等,应有尽用。

最牛的还是量子针灸,据说应用了最新量子纠缠技术,宝宝生病了,只要扎父母就好了!

一家叫中康量子科技有限公司的产品

虽然国内的大妈们都知道什么是量子纠缠了,但我觉得还是有必要再向大家介绍一下。

量子纠缠是指:在量子力学里,当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,则称这种现象为量子缠结或量子纠缠(quantum entanglement)。

量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象,在经典力学里,找不到类似的现象。所以,在头条上看到的用量子力学来解释灵魂、解释命运、解释各种宏观上我们难以理解的事件,那都是——瞎编!不靠谱的!

量子纠缠最先是1935年爱因斯坦、罗森、波多尔斯基在一篇三人合作完成的论文—— 《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的?》——中用一个叫epr佯谬的思想实验来论述量子力学不完备性的。

薛定谔阅读这篇论文之后,在给爱因斯坦的信中,最先使用了“纠缠”这个术语来形容两个暂时耦合的粒子,不再耦合之后彼此之间仍旧维持关联的现象。之后薛定谔发表了一篇重要论文定义了“量子纠缠”,从而完成了量子力学与经典思路的完全切割。(这就是国内这么多大神一直质疑量子力学的根本原因,因为他们还在用经典思路去看待量子力学)

在量子尺度,粒子表现出一系列反传统的行为,比如态叠加原理、波粒二象性、量子纠缠等等。然而,就和f(x)=1/x这样一个简单函数一样,其成立是有条件的,而我们很多大师们却无视其成立条件,无限扩大其定义域,得出了一系列自相矛盾的结果,然后就说“我已证明量子力学错了”、“我证明相对论错了”。

说回量子纠缠,当年爱因斯坦三人组用一个波函数来描述这种量子态:

其中x1 ,x2分别代表了两个粒子的坐标,这样一个量子态的基本特征是在任何表象下,它都不可以写成两个子系统的量子态的直积的形式:

量子纠缠态制备:

2000年,美国国家标准局在离子阱系统上实现了四离子的纠缠态。

2004年,合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部的研究人员打破了这一纪录,在国际上首次成功实现五光子纠缠的操纵。

2005年底,美国国家标准局和奥地利因斯布鲁克小组分别宣布实现了六个和八个离子的纠缠态,并且一直保持着这个纪录。

2011年, 中科院量子信息重点实验室李传锋、黄运锋研究组在郭光灿的院士领导下,成功制备出八光子纠缠态——ghz态。

2018年芝加哥大学分子工程学院实现了大规模量子纠缠实验,该团队通过对电路施加微波,让安装在一枚硅质芯片上的两个铝制鼓膜发生高频振动,并成功使两个鼓膜的运动产生纠缠现象。这两个鼓膜只有约 15 微米,但是它们包含了数十亿计的原子。

1964年, 约翰·贝尔提出论文表明,对于epr思想实验,量子力学的预测明显地不同于定域性隐变量理论。贝尔提出一个不等式定性的来描述两个粒子沿不同轴自旋,在量子力学统计关联性强结果和定域性隐变量理论计算结果之间会有差别,而做实验可以侦测出这种差别。实际上通过验证贝尔不等式,可以检测“量子纠缠”,这就给出了一种“量子纠缠”检测的方法。

1972年,约翰·克劳泽与史达特·弗利曼(stuart freedman)首先完成这种检试实验。

1982年,法国物理学家 阿兰·阿斯佩(alain aspect)领导的小组利用量子光学方案,在实验上明确地观测到了违反贝尔不等式的结果。

但是过往的检验可能存在两大漏洞:

1、探测效率漏洞。如果单个光量子的探测效率太低,将导致漏掉太多光子计数,剩余的计数太少,会使得结论变得不可靠。因此需要提高单光子探测效率到83%以上。

2、局域漏洞。即两个探测器要分开距离足够远,而且探测纠缠光子的时间间隔要足够小,使得距离除以时间间隔要小于光速,这样就能确保在探测过程中,探测器之间不会通过隐变量来通信,商量好测量结果。

2015年,荷兰代尔夫特理工大学的物理学家们通过两个探测器相距1.3公里的类空实验,同时解决了这两个漏洞,得到了违反贝尔不等式(chsh不等式)的结果,称为“无漏洞贝尔不等式检验”。

2016年,瑞士日内瓦大学的瓦伦蒂娜•卡普拉•拉维沃利设计出一种可让人眼直接观察到量子纠缠的实验,虽说没看到后文,但可以说明,检测“量子纠缠”的方法已经日趋完备。

人眼可观察量子纠缠原理图

说这么多,就是说“量子纠缠”从理论到检测方法已是比较完备的一套学科了,从这门学科,衍伸到量子信息学,就产生了几种重要的应用:

1.量子密钥分发

2.量子隐形传态

3.量子算法(量子计算机)

量子密钥分发和量子隐形传态非常相似,都是要求发送方和接收方应该先拥有一对共享的“量子纠缠对”,如下图的发送方alice和接收方bob。

先由传统信道分别向发送方alice和接收方bob发送一对量子纠缠对,然后发送方将测量结果通过经典信道传送给接收方,接收方根据这条信息对自己所拥有的另一半epr对做相应幺正变换即可恢复原本信息。幺正就是类似负负得正这样的一种操作,比如,我测量的结果是“正反”,对方测量的结果必定是“反正”,那他幺正之后就是“正反”了。

这就与我们大家认为的量子纠缠有很大的不同了!

爱因斯坦当年也认为,alice和bob之间,如果各有成对手套的一只,alice翻出“左手套”,那bob必定是“右手套”。而如果alice把“左手套”变成“右手套”,bob的手套就会瞬间变成“左手套”,这样alice和bob之间就存在一种超越空间的联系,或者说二者之间可以超光速的通信。

实际上,那是完全不可能的,因为alice操作(应该叫测量)之后,二者间的纠缠关系就已经坍塌了,而再次发送纠缠对时,还是要通过经典信道来传送,因此二人之间根本不可能超光速的传输信息。

正因为大家对量子纠缠的这一错误理解,才导致了大家对墨子号的实验表示巨大的怀疑。

潘建伟在金华发展大会发展论坛上

2017年11月26日潘建伟在金华发展大会发展论坛上说:

另外一个应用,因为时间的关系,我只能做个类比。比如说今天,如果我在北京,上午,我如果说坐飞机来不及了,那我要到金华来开会怎么办?利用刚才所说的量子纠缠啊,它可以用一种非常方便的旅行方式,比如说北京和金华之间,如果在这两个桶(手比划了两个桶)里面,装有足够多的纠缠粒子的话。我可以把这个纠缠物质和在北京的潘建伟作一个操纵,把它给塌缩到两两的纠缠粒子之中,那我就会得到一组数据。那么这组测量数据,通过电台我发射到金华,我把金华的这团物质重构一下。不用把物质送过来,但是我可以在金华把潘建伟重新构造出来,这就相当于神话传说里面的孙悟空的筋斗云一样。当然这个事情要把它做成,还需要很多很多年的时间,能不能做成,有没有受到新的化学规律和生物学规律的限制,我们不知道。但是在物理学方面,我们至少已经可以肯定,我可以发送,几十个光子的状态,几百个原子的状态。

媒体在报道时,将潘建伟的一句话直接忽视了:“那么这组测量数据,通过电台我发射到金华”,也就是大家无视电台这一传统信道,才又把潘院士推上了舆论的烧烤架来烤。不过,话说回来,潘院士把太遥远的猜想拿到现在来说,也是自己把自己推上了烧烤架。

所以说,对量子纠缠的理解从根本上的错误,导致了大众质疑为何还要发射一颗卫星来验证量子通信,因为我们还要通过传统信道来分发“量子纠缠”系统。

潘建伟团队在地面实验的原理与设备

潘院士现在所从事的是将量子理论走向应用的研究,更多是从1向100优化的工作,并非从0到1的创新性事业。虽然没有做出开天辟地的伟业,但是在新理论落地的过程中,这些核心的设备就是我国在新的通讯领域的核心科技。比如“京沪干线”应用的可信中继传输设备,就如现有通讯中继设备一样,使得远程量子通信走向了可能,这种设备将来一定会变成核心设备。

本人为非专业人士,从一个吃瓜群众的角度向大家介绍下相关的知识,现将相关内容整理如下,供大家参考:

1927年索尔维量子力学会议的大神们,你认识几个?

民科要成为相对论、量子力学、牛顿力学、弦论之外的第五大理论?

我国量子力学泰斗潘建伟,为何总是被人攻击?

墨子号量子卫星到底有没有取得科研成果,是不是骗人的?(一)

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