理解未来:量子的神话与现实

  • 潘建伟
  • 中国科学院院士 中国科学技术大学教授
  • 量子的神话与现实
  • 当它被应用于保密通信领域的时候,它可以实现无条件的通信安全;当它被应用于计算领域时,它可以“秒杀”峰值计算速度达每秒5.49亿亿次的“天河二号”超级计算机。量子理论付诸实践,便能产生的奇迹。
  • — 精华摘编
孙悟空的筋斗云与分身术

  “《西游记》里有两个大家非常喜欢的神仙,千里眼和顺风耳。其实这两个概念,现在的电视和电话从某种意义上讲已经实现了。此外,天上一日、地上一年的传说也被相对论证实了。”潘建伟院士从中国人耳熟能详的古代神话讲起,拉近了前沿科学与听众之间的距离,“孙悟空的分身术和筋斗云,我们现在能不能实现呢?”

  由此,潘建伟院士开始向现场听众解释量子世界的分身术。他并没有使用国际上较为流行的“薛定谔的猫”作为例子,而是假设了一趟从法兰克福飞往北京的旅行。“如果我从法兰克福飞往北京的路上睡着了,我就不知道自己在中途是经过了北边的莫斯科还是经过了南边的新加坡,就好像我同时存在于这两条航线上一样。”潘建伟院士解释道,“在微观世界中,我们看不到粒子是从哪边过来的,它可以同时存在于很多个地方,这就是量子叠加的状态。”

量子隐形传态:究竟传了什么

  在随后的提问环节中,量子力学给当今世界带来的哲学理念和社会运行机制的冲击成为了在场听众最关注的环节。在座的未来论坛咨询委员会委员朱云来先生向潘建伟院士询问了关于量子隐形传态的问题:“我们在隐形传态中传输过去的究竟是一种状态,还是能量或者物质?”

  潘建伟院士解释道,这一过程中物质和能量都没有传过去,只是把粒子状态本身进行了传输。传输目的地在拿到状态信息之后,在当地用同样多的物质,把那种状态重新构造了出来。如果是人的传输,你所有的记忆,所有的病痛,所有的感觉全都一模一样,当然出发地的人就会变成一团原始的物质。这个过程不是克隆,而是对人更完整意义上的百分之百的传输。

揭秘量子世界可创造奇迹

  “爱因斯坦把量子纠缠称为‘遥远地点之间的诡异互动’,他认为相对论不能允许这种情形发生。玻尔则认为,量子纠缠的过程中不存在能量传递,所以跟相对论概念里的能量传播是没有矛盾的。”潘建伟院士介绍道,相对论是定域性的,认为在类空间隔下对一个粒子的测量不应该对另一个粒子产生影响;量子力学则是非定域性的,对一个粒子的测量会瞬间改变另一个粒子的状态。后来的实验结果证明,玻尔的看法是正确的。

  二十世纪,在研究和应用量子力学、相对论的过程中所催生的信息科学,为人类带来了物质文明的巨大进步。信息科技的进一步发展,正面临着计算能力和信息安全的瓶颈。对量子世界规律的研究,可以帮助人们实现计算能力的飞跃和无条件的信息安全,完成更加精密的测量,更能够有效揭示复杂物理系统的规律,突破信息和物质科学技术的经典极限。

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