發布日期：2022-04-17 點擊率：29
拋棄宏觀世界的一切“常識”，掙脫由傳統經驗構筑的枷鎖，保持“腦洞大開”的狀態，文科生也要“咬牙堅持”，相信我，這一次你會發現量子通信，原來如此！
1月8日，2015年度國家自然科學獎一等獎被頒給了這樣一個項目：“多光子糾纏及干涉度量”。該項目由中國科技大學潘建偉院士帶隊，彭承志、陳宇翱、陸朝陽、陳增兵共同完成。
獎項頒出后，各類科普文章紛紛出爐。簡單來說，多光子糾纏及干涉度量就是根據量子物理原理提供的一種全新方式，對信息進行編碼、存儲、傳輸和邏輯操作，并對光子、原子等微觀粒子進行精確操縱，以確保通信安全和提升計算速度等方面可以突破經典信息技術的瓶頸。
但是要真正理解這段話，并不容易。第一個問題就是，量子物理原理是什么？
在推開神奇量子世界的大門前，你需要輕裝上陣：拋棄掉你在宏觀世界所獲得的一切“常識”，掙脫掉那些由傳統經驗構筑的枷鎖，保持“腦洞大開”的狀態，并隨時準備接受各種“這怎么可能？”
然后，開始吧。
第一站波粒二象性——看與不看很重要
量子，是能量的最小單位。中國科技大學近代物理教授陳宇翱說過，微觀粒子都是量子，我們在初中化學書上接觸過的原子、電子和光子，均屬量子大家庭。可以說，整個世界，都是由量子組成的。不過，由于量子太小了，對絕大多數人來說，它是“最熟悉的陌生人”。
微觀粒子，有個神奇的屬性，叫作波粒二象性。
雙縫干涉實驗證實了這一點。想象一下，你手中有一臺電子發射器，面前擺著一個開了兩條縫隙的隔板，隔板后放置了一塊屏幕。當你打出的電子足夠多，屏幕上應該出現什么景象？
如果電子是粒子，那么屏幕上應該出現兩條條紋——電子隨機選擇穿過兩條縫隙中的哪一條，并在屏幕上留下痕跡。然而，現實情況卻是，屏幕上留下了明暗相間的多條“干涉條紋”。研究這些條紋的分布后，人們驚訝地發現，光子似乎在穿過縫隙時，具有某種“波”的特性。也就是說，它并非在兩條縫隙中選擇了一條穿過，而是以“波”的形式，同時穿過了兩條縫隙，并且自己與自己發生了干涉——如果一條波的波峰恰好遇到另一條波的波谷，亮度剛好抵消掉，形成了屏幕上的“暗處”。
但是，電子又明明白白展現出粒子的特性。當我們逐個發射電子時，你就會發現，電子穿過隔板縫隙后，會在感應屏上的某個位置打出一個亮點。只是它的分布符合干涉條紋的分布規律：落在亮區的概率高，落在暗區的概率低。
為什么？科學家給出了一個大膽的解釋：在撞上感應屏之前，無人干擾，電子確實以波的方式，穿過了兩道狹縫；但一旦它撞上了感應屏，波函數立刻坍縮成為一個點。
感應屏在這里，扮演了“觀測者”的角色。換個說法——電子呈現出什么狀態，取決于“觀測”。
觀測很重要嗎？左看右看上看下看，那個女孩都不簡單啊？可是在微觀的粒子世界，任何一種介入，都會對測量對象產生致命干擾。你永遠無法得到一個粒子的全部信息——當你知道了它的位置，它的速度也因為你的“知道”而發生了改變——這也是鼎鼎有名的“不確定性”原理。
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