Thursday, January 24, 2013

最早发现量子纠缠的是狄拉克(1926年),不是爱因斯坦(1935年)。量子纠缠是确实存在的现象,最好的纠缠态例子是氦原子中的单态2sS_0和三重态2sS_1。氦中的两个电子(1和2)有四个状态(A1,A2,B1,B2),它们形成两个轨道纠缠态(A1B2+A2B1,A1B2-A2B1),态交换引起的附加能量称交换能。

最早发现量子纠缠的是狄拉克(1926年),不是爱因斯坦(1935年)。量子纠缠是确实存在的现象,最好的纠缠态例子是氦原子中的单态2sS_0和三重态2sS_1。氦中的两个电子(1和2)有四个状态(A1,A2,B1,B2),它们形成两个轨道纠缠态(A1B2+A2B1,A1B2-A2B1),态交换引起的附加能量称交换能。


Oct 02 2012

王国文:说说一个惊天骗东篱把酒黄昏后局是怎样形成的

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王国文:说说一个惊天骗东篱把酒黄昏后
是怎样形成的

今年八月九月在《自然》杂志上先后刊出文章“百公里自由空间通道上的量子隐形传输与纠缠分发”(下称文1)和“143公里上用主动前馈的量子隐形传输”(下称文2)。文1受到好评:“为基于卫星的量子通信、远距离的量子力学基础检验铺平了道路”,“来自于潘建伟小组的另一个英雄的实验工作”,“有望成为远距离量子通信的里程碑”。文2主持人泽林格称:“我们的实验表明,量子技术如今是如何地成熟,在实际应用中如何地有用。”他们给人的印象是,量子隐形传输技术已经成熟,下一步该是准备建覆盖全球的量子通信网络。泽林格得知我国要发射量子卫星后,专程来了两次,希望能参与这项工作。“汤森路透”组织发布的2012年度诺贝尔物理奖预测中,首列了贝内特,布拉萨德和沃特斯,因他们开创性地提出了一种量子传输协议,该协议已经通过实验验证。这种传输很神奇,贝内特把它比作伏都教的通灵术。文1和文2都是这协议的实施范例和验证。

对文1,《物理世界》网上有人评论:“我们渴望宇宙的奇迹,但像这样的文章让我们失望。...我发誓可以用6个字母的单字voodoo(通灵术)解释量子隐形传输。”国内网上对此类胡作非为有过猛烈的痛斥:“这也敢拿出来,你真以为人都傻了吗?”“假的,不可能”,“伪科学”,“忽悠,接着忽悠”,“刘谦的魔术”,“中国又开始出新的气功大师了”,“见鬼了吧”,“愚人节吗?”。他们像一群嚷嚷皇帝没有穿衣服的孩子,恐怕科学史上没有一篇论文有过如此的遭遇。据说:诺贝尔物理奖得主克特勒非常反感这种不触及真正物理问题的所谓时髦工作,说泽林格不懂物理,最会的就是用分束器把一束光分成两束[做贝尔态测量和制备多光子纠缠态],又挺会搞钱,招了一大批学生给他干活。另一位得主康奈尔也表示类似的看法,绝对不支持他的学生用BEC[玻色-爱因斯坦凝聚]做量子信息。据知,美国国防部早就否定量子隐形传输项目。政府在新一轮科技规划中已停止对光量子信息项目的支持,并从国家标准和技术研究所的量子计算组撤回资金,洛斯阿拉莫斯国家实验所也失去对量子加密研究的资助。显然的原因是花了大钱,实事一项无成,很可能在怀疑那是一个大骗东篱把酒黄昏后局。

对于隐形传输,以往有记者去过这种工作的实验室,想看看光子到底是如何隐形传输的,好像很失望,除了看到在符合计数器上得到的一些曲线之外,没有别的。那么要问,不用符合计数器,远离的双方能否独立观察光子的态的隐形传输?当然最好是不用,但是1997年以来的历次实验表明,离开符合计数器就什么戏也没有了,它们像是魔术师的必备道具。看来,文1和文2的作者们不免有按愿望分析数据和做出想要结论的嫌疑。一般实验结果本身就是提供证据,很少需要做其它验证,而量子隐形传输实验常常还需要做某种验证,否则缺少说服力。这种传输多般用贝尔型不等式(CHSH不等式)的违反来验证。文1在5月发布的预印本中,未报道这种验证,在8月的论文中补充说:“CHSH不等式的违反经无定域性漏洞观察。”后面将指出CHSH不等式本身没有科学意义。做科学实验要准备失败,甚至是必由之路,但一再编造不反映事实真莫道不消魂相的成果就有问题了,演示量子隐形传输的实验似乎属于这种情况。

就数学表述的完美性和成效而言,量子力学好到无与伦比,但就物理思想而论,这个理论竟烂到不明物理实在,诠释无奇不有,纷争不已。费曼认为“无人懂量子力学”,不懂例如指不知道一个粒子到底是如何同时通过双缝发生干涉的。还有,不知道一对全同粒子到底是如何发生纠缠的。拉比在玻尔诞辰百周年纪念大会上讲:“我觉得,我们还未得要领,下一代人,他们一旦找到那个要领,就会拍拍脑袋说,他们过去怎么会想不到的呢?”量子干涉的玻尔互补原理解释和海森伯的不确定性原理解释导致他们否定微观粒子的实在性,而量子纠缠的爱因斯坦的隔空作用解释导致他本人不虔诚相信量子力学。他因坚持定域实在论而被人称为老顽固。的确,用贝尔型潜变量——粒子的位置、动量、自旋等——肯定无望建立起量子理论,这好像不仅说明实在论荒谬,而且说明量子力学意味着分离的物体间存在隔空作用,因此一个极端尖锐的问题摆在物理学家和哲学家的面前。随着进入信息时代,因渴求新的信息理论和技术,反对爱因斯坦的定域实在论思想达到了高峰。特别是,出现了根据非定域关联的量子隐形传输理论和其“实验实现”。爱因斯坦不相信存在像传心术那样的鬼魅隔空作用,薛定谔称之为巫术。科学地看,绝不可能有无需载体、无需时间、无论多远、无任何东西能够阻挡的信息传输通道。量子力学哪里告诉我们传递信息可以不用物理载体?脱离载体的信息传递是不可思议的。事实表明,即使不懂量子力学,只要不失科学精神,照样能取得辉煌成就。然而,如果不懂装懂,基于对量子力学的错误认识编造虚假实验事实,那就要引起警惕了。

几乎没有人会相信神出鬼没、超距感应的事情,这类玩意儿只见于幻想小说或电影,像《西游记》、《星舰奇航记》。惊人的是,1997年以来,在科学杂志上发表的有关论文中都声称这样的事已经真的实现,以致期望带来一场新的技术革莫道不消魂命。以量子隐形传输为基础的量子信息技术是一场革莫道不消魂命还是一个骗东篱把酒黄昏后局?下面我们来看这个“革莫道不消魂命”或“骗东篱把酒黄昏后局”是怎样形成的。

(1)波函数坍缩假设的谬误

波函数坍缩假设是1927年海森伯提出来的。坍缩是指,一个体系的某个观察量在被观测时,体系的波函数即刻坍缩到该观察量的本征态。如果观察量是粒子的位置,则坍缩到一个点状波包,认为它代表一个实在粒子。爱因斯坦不接受这个假设,认为不能想象一个无限扩展的平面波会在探测屏上瞬间坍缩成一个很小的波包。薛定谔杜撰一个猫思想实验用来暴露和嘲笑波函数坍缩假设的荒谬性,因这个假设意味着人眼的最后一瞥决定猫的死活。海森伯后来(在1960年)明白表示波函数坍缩不是实在的物理过程,是一种数学过程。这里存在着波函数是实体还是实体的某个方面的问题,或者,实体原本不存在,而是为观测所创造。如果实体原本存在,则不可能发生如此般的坍缩。在剑桥的一次会议上,90位物理学家有一次非正式投票,只有8位宣称它们的见解与波函数坍缩有关。加之因波函数坍缩无任何可信的实验证据,有人称之声名狼藉。我们总是相信,测量到的一定是测量前存在的,至多加上测量所引起的某种变化。科学解释因果关系,所有科学分支都服从因果律,而波函数坍缩假设违反因果律,因此许多人欢迎不含波函数坍缩的量子力学诠释,这类诠释有,玻姆的潜变量诠释,多世界诠释,一致性历史诠释和系综诠释等。泽林格等认为符合计数测量引起的波函数坍缩——“后选择”,能使前置的半透半反镜成为量子纠缠器,这是他们制备多光子纠缠态的唯一办法,因为靠晶体的非线性连产生三光子纠缠态也还希望渺茫。非物理过程怎么能产生物理过程量子纠缠呢?不论量子纠缠的真莫道不消魂相如何,仅凭这个情况看,用半透半反镜结合符合计数测量制备多光子纠缠态是魔术,所称的各种应用都是画饼充饥。泽林格认为:“最基本的思想是,信息是量子力学的中心概念。所以,量子力学并不是关于实在的,而是关于信息的,关于知识的。”“信息在做判断时是量子化的,所以世界就表现为量子化的。”用这种唯信息论解释波函数坍缩也无意义。为了协调量子的波动性和粒子性的冲突,乃至解决量子力学的诠释问题和测量问题,我们不得不去猜想潜在的实体和潜在的变量。已经发现,潜波作为变量天生与薛定谔的波动力学相容,用潜波等权叠加的初包能描述一个微观粒子,以及用它的含峰片(实体)与不含峰片(准实体)的联合能解释一切量子干涉现象,这证明波函数坍缩是臆想,是多余的假设,也说明以表观坍缩代替名副其实坍缩的退相干纲领没有意义。波函数坍缩假设是量子隐形传输理论的要素之一,在文1中称瞬间投影。

(2)贝尔不等式理论的谬误

亨利·斯塔普称贝尔不等式理论是“最深刻的科学发现”。贝尔不等式的建立有三个假设:1.量子力学是正确的,2.爱因斯坦的实在论或(和)定域性成立,3.观察量是潜变量(如坐标、动量、自旋角动量等)的统计平均。第3条因想当然而常被省略,这条是关键,不等式的推导完全按这一条的思路完成。量子力学公认是正确的,没有问题,而又默认“观察量是潜变量的统计平均”,因此,贝尔型不等式的实验检验违反,就被认为无疑证明了实在论和定域性至少有一个不成立。这个结论的合理性似乎无可怀疑,近半个世纪以来在物理学界和哲学界获得广泛的认同。然而我们很清楚,微观粒子的行为与经典质点的行为非常不同,“观察量是潜变量的统计平均”这个假设未摆脱经典质点行为的意味,这至少说明这个假设是值得怀疑的,因而贝尔不等式的合理性值得怀疑。常听说阿斯佩克特等的实验证明了非定域性,这个说法也有问题。现在,我们在这里列出一部分量子物理专家对贝尔不等式的批评:

(1)洛察克(G. Lochak):“依我之见,贝尔不等式的实验违反无关于所谓的“非定域性”或“非分离性”。这违反只不过表明量子几率不是经典几率!”
(2)德拜锐(W. De Baere)等:“首先,必须认为量子数学体系本身是完全定域的,意即在一个地方的测量结果统计不依赖于远处另外的同时作用。并且,在所有现时有趣的量子场论中,对类空间隔(x-y的平方),观察量的对易子 [A(x),B(y)]等于零,这保证定域性。”
(3)佩雷斯(A. Peres)等:“贝尔定理并不意味着量子力学本身存在任何非定域性。特别是,相对论量子场论明显是定域的。简单而显然的事实是,信息必须被量子化或不量子化的物质携带。因此量子测量不允许任何信息传送快于实验中发射的粒子格林函数中出现的特征速度。”
(4)阿德尼尔(G. Adenier):“虽然证明贝尔不等式违反的实验愈来愈准确和无漏洞,必须强调,不管如何地准确和接近理想,它们能证明的不外乎量子力学的有效性,而不是那定理的有效性。”
(5)贝尼(G. Bene):“然而,我们坚持认为这样的结论[分离体系能够互相影响]在物理上不能被接受。定域性原理(或爱因斯坦分离性)在所有物理学分支中,甚至在量子物理中,包括最深奥的量子场论,我们已经用得很好。颇难相信它只在测量情形中失效。毕竟,测量只是两个物理体系间的作用,其一是原子组成的宏观测量器件,对它的结构和作用我们从量子力学有相当好的了解。无留给神秘非定域影响的余地。”
(6)阿卡笛(L. Accardi)等:“我们证明定域条件与贝尔不等式不相关。我们检查认为贝尔不等式的实际起源是经典(柯尔莫戈洛夫)几率理论可应用于量子力学的假设。”
(7)散托斯(E. Santos):“实际上至今被实验上违反的所有不等式都不是单独从实在论和定域性条件推导出的真正贝尔不等式,而是要求辅助假设推导出的不等式。颇为显然,这种不等式的违反不能驳倒整个定域潜变量理论家族,而只是有限的家族,即满足辅助条件的那一些。”“依我之见,错误信仰[定域潜变量理论已在实验上被驳倒]影响的扩大是二十世纪物理史上最大的忽悠(delusions)之一。”
批评贝尔不等式者远不止这些。文1和文2的作者好像对这些批评不闻不问。

非定域性观点已成时尚,量子物理专家都在谈论非定域性,多数称贝尔不等式理论和阿斯佩克特等的实验已证明量子非定域性的存在。殊不知这是以讹传讹。实情是这样的,阿斯佩克特等把贝尔型不等式(CHSH不等式)用在光子上,对一种特定的实验安排,由不等式预半夜凉初透言的结果为小于等于2。另一方面,对同样的安排,量子力学预半夜凉初透言结果为严格等于2乘根号2(=2.828)。他们的实验结果为2.697(误差0.015),与量子力学的预半夜凉初透言相符,而比CHSH不等式的预半夜凉初透言结果大得多。他们于是做出结论:爱因斯坦的定域实在论思想是错误的,非定域性(鬼魅隔空作用)确实存在。至此,我们可以有一个简单的想法,既然实验结果符合量子力学,而又有充分理由相信量子力学本身是正确的,那么可以直接了当断定贝尔的理论是错误的。一个物理不等式扯上哲学的定域实在论是节外生枝。值得注意的是,阿斯佩克特在2007年《自然》上发表的文章“量子力学:是定域的,还是非定域的”中承认,否定定域性不是他们的实验的逻辑结论,不过他还是“倾向”认为量子力学是非定域的,宣告爱因斯坦的定域实在论思想的丧钟已敲响。好一个“倾向”! 理不直,气还壮。冯诺依曼在他1932年的书中给出了潜变量不可能性的首个“证明”,声称:“应当指出,我们无需进一步去研究“潜参数”的机制,因为我们现在知道量子力学确立的结果从未能借助它推导出来。”贝尔反对他的证明说:“然而冯诺依曼的证明,如果真的去抓住它,会在你手中瓦解!一无所有,不但搞错了,而且很愚蠢!”鉴于已经发现以潜波为变量的量子理论能重复量子力学的一切预半夜凉初透言,现在我们是否能用同样的话去批评贝尔的定域潜变量不可能性的证明?阿斯佩克特号召借非定域性这种神秘力量掀起“第二次量子革莫道不消魂命”,不幸,至今实事一无所成。贝尔的理论被捧成教条和否定爱因斯坦的定域实在论思想实为科学史上最愚蠢之举。

(3)对量子纠缠认识的谬误

量子纠缠被认为是物理学中的最大奥秘。量子纠缠态在数学上定义为:“如果一个二粒子复合体系的量子态无法分解为各子体系量子态之张量积,这个态称为纠缠态。”量子纠缠在物理上通常理解和描述为隔空瞬时影响,认为它的存在已被贝尔型不等式的检验所证明。最早发现量子纠缠的是狄拉克(1926年),不是爱因斯坦(1935年)。量子纠缠是确实存在的现象,最好的纠缠态例子是氦原子中的单态2sS_0和三重态2sS_1。氦中的两个电子(1和2)有四个状态(A1,A2,B1,B2),它们形成两个轨道纠缠态(A1B2+A2B1,A1B2-A2B1),态交换引起的附加能量称交换能。近年已经能用激光把氦原子中的两个2s电子的交换能测得非常精确,而且与精确的理论计算结果很好符合。无论在这理论还是实验中都无隔空影响的意味。在氘分子中有类似的情形,当两个氘核远离时,保持着曾作用时留下的纠缠印记,而无隔空影响可言。对量子纠缠找不到可类比的事实,只有一些能表达逻辑关系的隐喻。元朝管道升写给夫君的词——你侬我侬,忒煞多情。情多处,热似火。把一块泥,捻一个你,塑一个我。将咱们两个一齐打破。用水调和。再捏一个你,再塑一个我。我泥中有你,你泥中有我。与你生同一个衾,死同一个椁。——可以隐喻量子纠缠中的交换真莫道不消魂相。还可以打个比方,两位干部担任了四个职务:东乡的书记兼了西乡的乡长,西乡的书记兼了东乡的乡长,那末,东乡的书记感冒,西乡的乡长不免要咳嗽了,无论两个乡相距多远。这个情况可以隐喻量子纠缠中二者联动的真莫道不消魂相,联动完全发生在同时同地。事实上,已经发现不仅用初包的含峰片(实体)与不含峰片(准实体)的联合能解释一切量子干涉现象,还进而发现,两个初包的不含峰片的交换并融合能解释一切量子纠缠现象,因此,无需再担心量子纠缠中有幽灵作怪,也不用再担心量子力学与相对论冲突。把量子纠缠理解为隔空瞬时影响已造就一条特大、特时髦的科学谎言:“当测量一个粒子时,另一个与之关联的粒子会瞬时改变状态,无论它们相距多远。”对量子纠缠的此种理解已导致一系列错误,以量子隐形传输理论最为荒唐。谁知竟不断有圆谎实验震惊世界,而且越来越疯狂,文1和文2即是典型。对这种子虚乌有的隔空瞬时影响(非定域性),著名瑞士物理学家尼古拉·吉辛夸口:“未来的科学史家将把我们的时代描绘为非定域性伟大发现的新纪元。”

(4)量子不可克隆定理的谬误

1982年威廉·沃特斯和沃伊切克·祖瑞克发表了题为“单量子不能被克隆”的论文,他们证明这种克隆与量子力学的叠加原理不一致。既然单量子无法被克隆,所以量子密码原则上可以提供不可窃听、不可破译的保密通信系统。然而我们知道,激光器的类型何其多,因为光是容易被放大,即光子容易被克隆。光学专家都很清楚,激光器发射出处于一种或一些特定模式的光子,但是媒质的光放大作用,原则上无模式限制,只受能级匹配等物理条件影响。沃特斯和祖瑞克说:“因为没有预先的知识,我们不可能选择正好合适的拷贝体来做这件事。”其实,无需去特意选择,只要条件准备充分,可让其自动选择。做过气体激光器的(包括笔者)都知道,在气体媒质中,光子的增益不依赖偏振方向,故只要准备充分条件,对任意方向偏振的光子原则上都能克隆。如果光子不能克隆就不会有激光器。再说,量子力学是线性理论,然而实际量子过程(像制备或测量过程)都不是线性的,即不能原则上从量子态的线性推论某个非线性过程一定不可能发生。他们做出的结论——除水平和垂直偏振的之外,对任意偏振的单光子的克隆是不可能的——也是自相矛盾的,因为,例如对各向同性的光放大媒质,从旋转对称性考虑,如果能克隆水平偏振的光子,那么偏振旋转任意角度的光子照样能克隆,反之,如果任意态不能克隆,转到水平方向也不例外。祖瑞克强调只是“未知的”量子态克隆被禁止,因为对已知的量子态,能够简单地一模一样制备(拷贝)。然而,能否克隆取决于客观法则,它不依赖于我们对被克隆态的未知还是已知,一般科学家都不能容忍主观意识左右物理规律。因此,未知量子态不可克隆定理出自对量子态叠加原理的误解和误用,是一个伪定理。这种克隆并不违背量子力学的基本原理,事实上连羊都可以被克隆,因而由这伪定理做出的结论“量子加密能保证万无一失”是一句假大空话。在量子密码派与现代密码派的博弈中,这句话是前者对付后者的利剑。这个伪定理还有更严重的后果,没有它就不会有量子隐形传输理论。

(5)量子隐形传输理论的谬误

1993年贝内特等6人发表一篇论文,题目为“经过经典的和EPR的双重通道隐形传输一个未知量子态”。他们根据纠缠量子的所谓非定域关联、波函数的坍缩假设和未知量子态的不可克隆定理提出了量子隐形传输理论,即集上述系列谬误之大成。打个比喻,北京要派孙悟空(比作一个光子)立刻去深圳任动物园园长,巧遇特大台风和洪水,一切交通中断。幸好两地都有隔空传物专家以及有双胞胎猴子(比作一对纠缠光子)可以帮助解决问题。这对猴子,一只在北京,另一只在深圳,都持有同胞的全息像(比作与对方交换的部分)。现在北京的隔空传物专家按程序首先要做的是,把悟空-猴子联合体按特定方式拆分,用数学语言,即把描述悟空的态矢量与这对猴子的纠缠态张量的“张量乘积”投影到描述四只八卦炉的各个态张量上。四只炉子是四对双胞胎猴子的化身,代表悟空与猴子的四种不同基本纠缠方式,专干对悟空进行脱胎换骨的勾当。贝内特等人的理论表明,在2号炉上的投影正好是同胞的全息像,而在1号上的变了,右侧各器官都扭转了180度,在4号上左右反了,而在3号上的,不仅左右反了,右侧各器官还都扭转了180度。这时深圳的猴子当园长要等悟空在北京被销毁,因为克隆是“被禁止”的。按理论,他进哪一只炉子(坍缩到那个态张量上)是随机的,几率各占四分之一。这回悟空如果随机闯进的是2号炉,专家笃信,他包含的全部信息刚好原样转移到深圳那只猴子身上。一当用手机告知是2号,深圳猴子就被“核实”是地道的孙悟空了。如果不是2号,也很简单,只要按告知的炉号,依照相应的“线性变换”做一下外科修复就行。听起来像煞有介事,然而悟空窃喜,专家们把俺的信息就地替换深圳猴子全息像中的信息,当作信息在量子信道上的远距离隔空传送了。量子态的隐形传输理论在数学上是严格的,无可挑剔,但是,我们要严防被数学形式所迷惑,重要的是看数学所表达的物理实质。不难发现,这个理论在物理上混淆了虚实、颠倒了远近,纯属数学游戏。科学史上没有一个理论比这更荒唐。量子物理学家可能都知道,要用量子态编码隐形传输“您好”这样一个简单信息也无望成功,那不是因为“您好”不是一个“未知”的信息,而是根本不存在隐形传输的可能性。事实上,凭借量子隐形传输至今实事一项无成,不是因为技术上的困难,而是原则上无可能性。隐形传输信息无异于传心术,这个理论已导致科学与巫术的联姻,不折不扣属于伪科学。一般而言,巫术科学起自愚蠢,恐怕很有可能因利益诱惑走向欺诈。

(6)一个惊天骗东篱把酒黄昏后局形成

一般而言,理论探讨中发生谬误是科学发展必由之路,是宝贵的经历。而基础研究的实验不仅是为了证明理论的预半夜凉初透言,更重要的意义是去纠正理论中的错误。不过,实验工作者多般热心于前者,期望获得正面结论,在特重功利的当代,更是如此。1997年泽林格的研究组在《自然》杂志上发表一篇论文“实验的量子隐形传输”,被认为是里程碑式的成就。实现隐形传输无疑是破天荒的,如果是真的话。此后,出现了一种说法:“量子隐形传态可用于大容量、原则上不可破译(万无一失)的保密通信,也是量子计算的基础。”这个魅力无限的梦想前景吸引了不少量子世界的拓荒者和投资者。大容量通信,量子加密和量子计算的各种“突破性成果”随之接踵而来。更耐人寻味的是,泽林格预半夜凉初透言:“也许一千年后真的能够隔空传送一只咖啡杯。”潘建伟说:“为什么我们不可以大胆一些,不可以想象:由各种各样分子组成的人,也可以在瞬间,带着他所有的记忆,带着他的品质,带着他的痛苦和欢乐,甚至包括感冒,传输到遥远的地方?”诺贝尔物理奖得主约瑟夫森2001年在一篇短文中写道:“量子理论与信息和计算理论现在已被富有成效地结合起来。这些发展可以导致对像传心术等过程的解释,传心术是不列颠的研究前沿领域,这些过程在传统科学中还是不能理解的。” 最乐观的是,2006年美国《福布斯》杂志曾对20年后新职业预测中有隔空传物专家一项,写道:“想象走到街区尽头的隔空传物站,拆毁身体,接着就在上班处出现。汽车不会有了,汽车修理工不需要了,加油站服务员不需要了,基于隔空传物器的全新经济可能发展起来。”我们已经看到一副科学与巫术联姻的景象,包括最近震撼世界的文1和文2,一个惊天骗东篱把酒黄昏后局已经形成,它不仅愚弄了无数的外行人,还迷倒了无数的内行人。

现在根据以上的讨论,对文1和文2以及以往的同类论文要给予负面的评论,意见是,此类工作依据的理论、实验路线和做出的结论都是错误的,宣称隐形传输技术已经成熟和为建覆盖全球的量子通信网络奠定基础,是一个弥天大谎。荒唐的量子隐形传输理论及其巫术性实验演示危害极大,至少有三:

(1)浪费国家的物质和人力资源。已经浪费巨大,还有扩大之势,阻止这种浪费是当务之急。建议对我国863计划中、973计划中以及十二五规划中有关量子隐形传输的项目和课题重新进行审议,该停的就停。特别是,不要投入几亿甚至几十亿元去搞量子隐形传输通信工程(包括上飞船),那是祸国殃民的事。
(2)在学校里误人子弟,在社会上误导公众。量子隐形传输理论及其实验演示已见于教科书和广泛的科普作品,贻害不浅。呼吁教科书的作者和科普作家严肃、谨慎从事,不要把太不可靠的知识灌输给学生和公众。
(3)危害科学和文化。科学与巫术联姻会把科学发展引向歧途,乃至侵害我们的思想和文化。事实上已把量子信息科技的发展引向错误方向,也已有被邪教利用的情况,其危害不可小觑。

看来,现在是揭穿这个惊天骗东篱把酒黄昏后局的时候了!

(王国文,北京大学物理学院,2012年10月1日)

【附录1】中科院量子科技先导专项取得阶段性重要突破
我科学家实现百公里量级自由空间量子隐形传态与纠缠分发

最近,联合研究团队在青海湖首次实现了基于四光子纠缠的97公里的自由空间量子态隐形传输,并首次实现了百公里的双向纠缠分发和Bell不等式检验[Nature 488, 185 (2012)]。该实验证明,无论是从高损耗的地面指向卫星的上行通道链路,或是从卫星指向两个地面站的双通道下行链路,实现量子态隐形传输和量子纠缠分发都是可行的,这为基于卫星的广域量子通信和大尺度的量子力学基础原理检验的实现奠定了坚实的基础。

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士及其同事彭承志、陈宇翱等,与中科院上海技术物理研究所王建宇、光电技术研究所黄永梅等组成的联合研究团队,在国际上首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发,通过地基实验坚实地证明了实现基于卫星的全球量子通信网络的可行性,该研究成果于8月9日以封面标题的形式发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。

在任意距离间传输未知量子态是实现远距离量子通信和分布式量子网络必不可少的环节,它可以通过远距离量子态隐形传输和纠缠分发来实现。目前,量子态隐形传输和纠缠分发已经在中等距离的光纤得到了实现,但是巨大的光子损耗和消相干效应使得要在光纤中实现更远距离的量子传输必须引入量子中继器,而量子中继器的实用化在实验上还是一个很大的挑战。自由空间信道由于损耗小,比光纤通信更具可行性,结合卫星的帮助,将有可能在全球尺度上实现超远距离的量子通信和量子力学基础检验。

2005年,潘建伟小组在国际上首次实现了距离大于垂直大气层等效厚度的自由空间双向纠缠分发。此后,在中科院知识创新工程重大项目“远距离量子通信实验研究”、“空间尺度量子实验关键技术与验证”和中科院量子战略性先导科技专项的持续支持下,潘建伟小组对自由空间量子实验关键技术进行了大量的研究。2010年,该小组在国际上首次实现了16公里自由空间量子态隐形传输。从2010年开始,中科院联合研究团队在青海湖地区建立实验基地,开展验证星地自由空间量子通信可行性的地基实验研究,从多个方面进行攻关,旨在突破基于卫星平台自由空间量子通信的关键技术瓶颈。

经过近十年的艰苦努力,在中科院、科技部、基金委等的大力支持下,潘建伟小组为实现大尺度量子信息处理发展了若干关键量子技术。该小组发展的超高亮度量子纠缠源技术自2004年开始一直处于国际领先水平,目前的亮度比十年前提高了500倍。该小组还发展了一套高精度的时间同步技术,在百公里量级时间同步精度达到1纳秒。与此同时,中科院联合研究团队发展了一套高频率、高精度的瞄准、捕获和跟踪技术和装置,确保了百公里量子信道的衰减稳定在一个可以进行实验的范围内,这是世界上首次将高频率高精度的跟瞄技术应用到量子通信的实验中,该技术可以用来跟踪移动目标,将来可以直接利用到卫星的跟瞄上。

利用所发展的若干核心量子技术,今年潘建伟小组在大尺度量子信息处理方面取得了系列重要进展:在基于超高亮度纠缠源技术的基础上,他们在国际上首次实现了八光子纠缠,论文发表在《自然》杂志的子刊《自然·光子学》上 [Nature Photonics 6, 225 (2012)],欧美多家知名科技媒体,包括欧洲物理学会、美国麻省理工学院技术评论、美国物理学家组织、大众科学、英国ZDNet网站等分别对其进行了专题报道。随后,他们利用八光子纠缠,在国际上首次实验实现了拓扑量子纠错,取得了可扩展容错性量子计算领域的重大突破,论文发表在《自然》杂志上[Nature 482, 489 (2012)],《自然》杂志的几位审稿人给予了热情洋溢的高度评价,称之为“非常重要的原理性实验,一个艰苦卓绝的英雄主义的量子光学实验”,“实验的完成是完美而极具挑战性的”,“对拓扑纠错这一当前量子信息处理最引人注目的范例中关键一环的实验验证”。为此,《自然》专门邀请著名量子光学专家James Franson教授在“新闻视角”栏目撰文对这个工作进行了介绍。随后,工作受到了欧洲物理学会的《物理世界》等许多科学媒体的关注。同时,潘建伟小组还在量子中继器的实用化研究上取得了突破,他们成功实现了长寿命、高读出效率的量子存储,该成果为目前国际上量子存储综合性能指标最好的实验结果,朝着最终实现实用化的量子中继器迈进了重要一步,论文发表在《自然》杂志的子刊《自然·物理》上 [Nature Physics 8, 517 (2012)]。

在上述系统技术的长期发展和积累的基础上,中科院联合研究团队2011年10月在青海湖首次成功地实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和双向纠缠分发,该实验研究成果发表在8月9日出版的《自然》杂志上[Nature 488, 185 (2012)]。该实验证明,无论是从高损耗的地面指向卫星的上行通道链路,或是从卫星指向两个地面站的双通道下行链路,实现量子态隐形传输和量子纠缠分发都是可行的,这为基于卫星的广域量子通信和大尺度的量子力学基础原理检验的实现奠定了坚实的基础。

该研究部分成果的预印本于今年5月在美国学术网站arXiv.org公开后,立即引起了学术界的广泛关注。欧洲物理学会新闻网站以“物理学家宣布新的量子态隐形传输记录”为题进行了特别报道。美国《科学新闻》杂志更以“量子隐形传输的巨大飞跃”为题进行了专题报道,文中写道“研究进展使得基于卫星覆盖全球的、实用化的远距离量子通信网络更为接近现实”,“为基于卫星的量子通信、远距离的量子力学基本检验铺平了道路”。英国《新科学家》杂志以“隐形传输记录触发全球保密量子网络”为题进行了报导。《自然》杂志几位审稿人对该成果给予了高度评价,称之为“来自于潘建伟小组的另一个英雄的实验工作”,“有望成为远距离量子通信的里程碑”。《自然》杂志还在该论文发表前向各大科学新闻媒体发布了题为“通向全球化量子网络”的新闻稿,并同时在《自然》杂志的当期封面上发布“量子隐形传态跨越了百公里鸿沟”的封面标题。

(微尺度物质科学国家实验室、科技处)

【附录2】文1(Quantum teleportation and entanglement distribution over 100-kilometre free-space channels)摘要:
Transferring an unknown quantum state over arbitrary distances is essential for large-scale quantum communication and distributed quantum networks. It can be achieved with the help of long-distance quantum teleportation[1,2] and entanglement distribution. The latter is also important for fundamental tests of the laws of quantum mechanics[3,4]. Although quantum teleportation[5,6] and entanglement distribution[7,8,9] over moderate distances have been realized using optical fibre links, the huge photon loss and decoherence in fibres necessitate the use of quantum repeaters[10] for larger distances. However, the practical realization of quantum repeaters remains experimentally challenging[11]. Free-space channels, first used for quantum key distribution[12,13], offer a more promising approach because photon loss and decoherence are almost negligible in the atmosphere. Furthermore, by using satellites, ultra-long-distance quantum communication and tests of quantum foundations could be achieved on a global scale. Previous experiments have achieved free-space distribution of entangled photon pairs over distances of 600 metres (ref. 14) and 13 kilometres (ref. 15), and transfer of triggered single photons over a 144-kilometre one-link free-space channel[16]. Most recently, following a modified scheme[17], free-space quantum teleportation over 16 kilometres was demonstrated[18] with a single pair of entangled photons. Here we report quantum teleportation of independent qubits over a 97-kilometre one-link free-space channel with multi-photon entanglement. An average fidelity of 80.4±0.9 per cent is achieved for six distinct states. Furthermore, we demonstrate entanglement distribution over a two-link channel, in which the entangled photons are separated by 101.8 kilometres. Violation of the Clauser-Horne-Shimony-Holt inequality[4] is observed without the locality loophole. Besides being of fundamental interest, our results represent an important step towards a global quantum network. Moreover, the high-frequency and high-accuracy acquiring, pointing and tracking technique developed in our experiment can be directly used for future satellite-based quantum communication and large-scale tests of quantum foundations.

【附录3】文2(Quantum teleportation over 143 kilometres using active feed-forward)摘要:
The quantum internet[1] is predicted to be the next-generation information processing platform, promising secure communication[2,3] and an exponential speed-up in distributed computation[2,4]. The distribution of single qubits over large distances via quantum teleportation[5] is a key ingredient for realizing such a global platform. By using quantum teleportation, unknown quantum states can be transferred over arbitrary distances to a party whose location is unknown. Since the first experimental demonstrations of quantum teleportation of independent external qubits[6], an internal qubit[7] and squeezed states[8], researchers have progressively extended the communication distance. Usually this occurs without active feed-forward of the classical Bell-state measurement result, which is an essential ingredient in future applications such as communication between quantum computers. The benchmark for a global quantum internet is quantum teleportation of independent qubits over a free-space link whose attenuation corresponds to the path between a satellite and a ground station. Here we report such an experiment, using active feed-forward in real time. The experiment uses two free-space optical links, quantum and classical, over 143 kilometres between the two Canary Islands of La Palma and Tenerife. To achieve this, we combine advanced techniques involving a frequency-uncorrelated polarization-entangled photon pair source, ultra-low-noise single-photon detectors and entanglement-assisted clock synchronization. The average teleported state fidelity is well beyond the classical limit[9] of two-thirds. Furthermore, we confirm the quality of the quantum teleportation procedure without feed-forward by complete quantum process tomography. Our experiment verifies the maturity and applicability of such technologies in real-world scenarios, in particular for future satellite-based quantum teleportation.

Mar 05 2012

《德布罗意文选》出版

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《德布罗意文选》出版。

译者:沈惠川

Jan 02 2012

王国文:谈谈对光速恒定假设的认识

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王国文:谈谈对光速恒定假设的认识

关于相对论的原理,爱因斯坦(1905年)的定义是:

1.物理体系的状态变化不论参照匀速平移运动的两个坐标系的哪一个,不影响支配那些变化的定律。

2.任何光线在“静止”坐标系中都以确定的速度c运动,不论这光线是由静止的还是由运动的物体发射。相对论推论,一切物体的运动速度都不能超过这个极限速度c(光的真空速度299792458米/秒)。

一个多世纪以来,人们普遍相信爱因斯坦的光速不依赖光源速度的假设正确,只有少数人提出质疑。

最近出现了新的情况,意大利格兰萨索国家实验室报告他们测到缪中微子的速度超过c值,轰动世界。涉及原理问题,他们自己在报告的文末声称:“我们对这个结果审慎地不做任何理论或唯象解释的尝试。”

对他们报告的结果,有人认为违背相对论,实验必定有误。有少数人认为,可能相对论错了或有缺陷,光速c是可以超越的。另有为超光速和相对论同时成立动各种怪异脑筋。

尽管缪中微子超光速的实验测量误差尚有疑问,我们现在要看它的超光速,即使真的话,是否违背相对论。洛仑兹变换是相对论的基本表象,看是否违背相对论就是要看是否违反洛仑兹变换。为澄清光速恒定假设的含义,这里倒要把光速不依赖光源速度的假设作为考查的对象。下面要谈,考查发现,光速恒定仅指光速在洛仑兹变换下不变,它决不意味着光速不依赖光源的速度。

光的唯波动说主张者认为,光波是在媒质中传播的,像声波的速度完全由媒质的性质决定(也就是说与声源的运动速度无关)一样,光被假定在以太中传播,具有恒定的速度c。而唯粒子说主张者认为,光是由粒子组成,像子佳节又重阳弹从枪口射出一样,光的速度与发射它时刻的光源速度有关。这两种意见完全对立,争论延续了几个世纪。最后,波粒二象性的主张者爱因斯坦认为,光的传播无需以太,但其速度与光源的速度还是无关,如同在以太中传播的情况一样。他对波动说和粒子说做了调和,但也因此带来了波粒佯谬。他自己并不十分满意这个主张,认为(1909年):“理论物理发展的下一阶段将带给我们一种能看作为波动说和发射说融合的光理论。”主要挑战光速不依赖光源速度的假设的是比爱因斯坦大一岁的大学同学里兹,他在1908年发表长文,批评洛仑兹的电动力学和论证光的速度与光源的速度有关。里兹也因提出分析原子光谱的组合定则而闻名,可惜这位俊才于1909年因病早逝,享年31岁。

人们希望有实验能判定爱因斯坦和里兹谁是谁非。1913年,德西特报告双星的天文观察结果,支持爱因斯坦的假设,反对里兹的理论。1961年,福克斯根据奥辛和爱华德(1915/1916年)提出的物质消光效应指出,双星,特别是很靠近的双星,围绕着共同的大气层,它包含足够的物质可以对透过的星光消光,使其速度成为c。因此认为德西特的光速守恒证明不是结论性的,并认为还未有光速恒定的确实实验证据。福克斯在1965年的文章中提到,反对里兹理论的最好证据来自不太受消光影响的快介子寿命的实验和运动光源的伽马射线和光的实验。他的这些文章又促起爱因斯坦派和里兹派的争论。

这里我们要从综合波粒二象性的初包说审视爱因斯坦的光速不依赖光源速度的假设。这种初波的峰和特征分量(电磁波)的运动不依赖以太,它们的速度与光源的速度有关,而相对于静止的原始或次级光源的速度恒为c。实际上从洛仑兹变换及其含义就能证明爱因斯坦的假设是错误的,错在测量静系中的时间t和动系中的t'用了同样的钟(按1嘀嗒1秒计时的钟)。按洛仑兹变换,在动系中测量t'的钟1嘀嗒不再是1秒,而是更短的时间,如同动尺两个相邻刻度之间的长度缩短一样。设光子的运动方程为|x|=ct,则按洛仑兹变换,此光子在动系中的坐标为

x'=ct'=c(t-xv/c^2)/(1-v^2/c^2)^(1/2)=(c土v)t/(1-v^2/c^2)^(1/2)=V(v)t。

这个可变光速V(v)不同于伽利略变换速度(c土v),只当v很小时,二者近似相等。光速不依赖光源速度的假设把光速V(v)对v的依赖转移到t'对v依赖上,这样一来,模糊了人们的视线,仿佛光的速度独立于光源的速度。可见用测t的钟(包括原子钟)测得的光速V(v)依赖于其发射源的速度v,即它的速度可以大于或小于c。光速在洛仑兹变换下不变(即光速恒定)决不意味着光速不依赖光源的速度。因此,格兰萨索国家实验室测得缪中微子的速度大于光速原则上是可能的,并不违反相对论,因为他们用了通过全球定位系统(GPS)同步的一对铯钟测量时间,不同于测量t'的方法。因此需要考虑缪中微子的发射体的速度统计分布,而爱因斯坦的光速不依赖光源速度的假设让他们可以忽视这个情况。

关于时间的测量法,爱因斯坦说(1910年):“按照定义,测量一个事件发生的时间间隔意味着该事件自始至终钟所指示的时间周期的计数。”还说(1911年):“我们必须想象,测定处于运动状态的钟速率是通过随时把这个钟的针的位置,与那些相对于k系静止而测量相对于k系的时间的钟的针位置作比较,并想象这动钟此时正好从它们的旁边经过。假如我们能成功使这钟以光速运动(如果我们有足够大的力,就能使它以近似于光的速度运动),则从k系判断,这个钟的针走得无限缓慢。”相对时间怎么能用动钟的针所指示的嘀嗒数测量呢,时间无限收缩(不是膨胀)也不等价于钟的针走得无限缓慢。实际情况是,按洛仑兹变换,动尺的长度收缩是相邻刻度间的长度收缩,刻度的数目不变,对应地,动钟的时间收缩是相邻嘀嗒间的时间收缩,嘀嗒的数目不变。因此,乘火箭返回的双胞胎哥的钟经历的总嘀嗒数与呆在家里的双胞胎弟的钟的总嘀嗒数是相同的,对应于他们自始至终数地球绕太阳的总圈数相同。设想总嘀嗒数与他们决定变老的心跳数成比例,因此返回的决不会比呆在家里的年轻。预料飞行者会年轻化是错误的,更不能用广义相对论为之辩护。双胞胎佯谬和光速不依赖光源速度的假设同出一源,都是出在钟的错用上。因此,这里的结论是,用铯原子钟测缪中微子的速度,如果结果为真,也不违背相对论,只说明爱因斯坦的钟观念有问题,他测相对时间错用了那种1嘀嗒计时1秒的钟(本质上同原子钟),后者测量的无异于牛顿的绝对时间。

(王国文,北京大学物理学院,2012年1月1日)

相关文章:(1) Einstein's concept of a clock and clock paradoxhttp://arxiv.org/PS_cache/physics/pdf/0501/0501131v1.pdf
(2) Attempt at clarification of Einstein's postulate of constancy of light velocityhttp://arxiv.org/PS_cache/physics/pdf/0512/0512036v1.pdf
(3) Heuristic explanation of quantum interference experimentshttp://arxiv.org/PS_cache/quant-ph/pdf/0501/0501148v1.pdf
(4)何谓量子纠缠?(见有关相对论和初包模型的3.1和3.2节)http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=513806

Dec 09 2011

王国文://名不副实:制备出八光子纠缠态

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王国文:名不副实:制备出八光子纠缠态

名不副实:制备出八光子纠缠态

2011年在国外显赫媒体上有三篇文章值得我们注意:

其一:八光子GHZ态的实验产生(自然·通信,郭光灿等)
其二:八光子纠缠的观察(arXiv:11056318,潘建伟等)
其三:多光子纠缠与干涉量度术(《现代物理评论》接受,潘建伟等)

评论:这些文章中所谓的多光子纠缠都不是名副其实的量子纠缠
建议:开展辩论,以明真莫道不消魂相。

相关文章
(1)何谓量子纠缠?
http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=513806
(2)谈谈对量子纠缠真莫道不消魂相的认识http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=452401
(3)量子魔术:实验演示多光子纠缠http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=347314
(4)评中科大潘建伟组的量子计算机http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=503141
(5)评《爱因斯坦的幽灵——量子纠缠之谜》http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=397242

(王国文,北京大学物理学院,2011年12月8日)

附新闻一则(转贴):中科院量子信息重点实验室制备出八光子纠缠态
http://news.ustc.edu.cn/xwbl/201111/t20111123_125013.html

日前,我校郭光灿院士领佳节又重阳导的中科院量子信息重点实验室取得重大突破,该实验室李传锋、黄运锋研究组成功制备出八光子纠缠态,刷新了世界上多光子纠缠的制备和操作数目记录。该成果在线发表在11月22日的Nature Communications上。

量子纠缠态是实现各种量子信息过程的基础。由于光子具有抗干扰能力强、传播速度快等优点,多光子纠缠态的制备和操控一直是量子信息领域的研究重点。目前世界上普遍利用晶体中的非线性过程来产生多光子纠缠态,由于此过程是概率性的,因此产生多光子纠缠态的难度会随着光子数目的增加而指数增大。在此工作之前世界上报道最多能制备出六光子纠缠态。

研究人员对已有的纠缠光源制备方法进行改进,利用特殊切割的非线性晶体制备出高亮度的双光子纠缠源。新的方法能够把产生的光子对的锥束压缩成一个很小的圆斑,极大地提高了收集效率。他们利用单模光纤收集技术克服了光路稳定性难题并提高了双光子的纠缠度,然后利用偏振分束器实现三个门操作把双光子纠缠态级联成八光子纠缠态,并利用自主研制的十六通道符合分析仪,有效克服了八光子纠缠态的探测分析难题。最后,研究人员通过采用纠缠目击者技术验证了八光子的纠缠特性,并进一步利用产生出的纠缠态完成了八方量子通信复杂性实验。实验结果超越了经典界限,展示了量子纠缠的优越性。

该项成果标志着人们对多光子纠缠的制备与操控达到前所未有的八光子水平,将在量子通信网络、基于纠缠的量子计算等量子信息过程中获得重要应用,同时推动了量子纠缠的特性与分类等基本物理问题的研究。

该项研究获得科技部和国家自然科学基金委的资助。

附论文链接:
http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n11/full/ncomms1556.html

(中科院量子信息重点实验室、科技处)

附评论一则(转贴):23年后,中国科学家再次在《Review Modern Physics》发文http://www.tianya.cn/publicforum/content/free/1/1416696.shtml

该论文的
第一作者:潘建伟
第二作者:陈增兵
  
  第一通讯单位:
  中国安徽合肥中国科技大学微尺度国家实验室。
  
   《Review Modern Physics》翻译成汉语就是《现代物理评论》。

   该杂志是国际物理学界最权威的综述性评论杂志,有物理学圣经之称。
   一般能在这个杂志上发文,基本都是公认的国际大师级的权威。包括这篇在内,中国只发表过两篇,上一篇也是1985年的事情了。
  
   该杂志影响因子高过美国《科学》和英国《自然》杂志(超过30),其实这个杂志可以称为书,每片文章却是几十至上百页之多,基本上就是当今物理研究热点的总结,几乎都是国际著名物理学家持笔。
  
   科大的这篇文章长约60页。 以此文为两截,基本成就了潘建伟在量子信息技术领域国际领军人物的地位。
  
   同时也标志着中国在量子信息技术领域继续保持国际领先地位。
  
   现代物理评论网站 这是期刊《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)的主页,它隶属于美国物理协会,在美国物理协会的主页中有与它的连接。
http://www.rmp.aps.org/

Dec 02 2011

王国文:何谓量子纠缠?

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王国文:何谓量子纠缠?

何谓量子纠缠?

[摘要]本文先介绍量子纠缠的发现简史和如何产生成对纠缠光子的一个例子,接着提出对量子纠缠的解释。鉴于量子初包模型能够合理地综合波粒二象性,其含峰片(实体)与不含峰片(准实体)概念能够无佯谬地解释双缝干涉和其它一切量子干涉现象,因而不像过去毫无线索,现在可以顺藤摸瓜,对世纪不解的量子纠缠之谜给出一个无佯谬的解答。何谓量子纠缠,那是一个初包(微粒)的含峰片与另一个全同初包的不含峰片在特殊条件下的融合形成纠缠,也就是说,它们的不含峰片的交换形成纠缠。这种交换,正好说明像氦原子中奇怪的交换能的来源和解释一切量子纠缠现象。因此,量子纠缠是一种特殊行为和特殊结构,而不是一种神秘的隔空瞬时影响——非定域性。相信非定域性者喜欢说:“当测量一个粒子时,另一个与之关联的粒子会瞬时改变状态,无论它们相距多远。”现在可以说:“当测量一个粒子的含峰片时,必定牵连与之融合的另一个粒子的不含峰片,无论它们的含峰片相距多远。”这个远在天边、近在眼前的诡计已经迷惑了无数物理学家和哲学家大半个世纪。文中还讨论了研究量子纠缠的基本意义,主要包括察看贝尔不等式的谬误,察看量子隐形传输理论的谬误和察看爱因斯坦与玻尔争论的症结。相对论和量子论是现代物理的两大台柱,所谓的非定域性引起这二论的根本冲突,似乎动摇了物理大厦的基础。量子纠缠的这个解释彻底否定了非定域性,复了了这二论的和谐。爱因斯坦称非定域性为鬼魅隔空作用,薛定谔称之为巫术,贝内特比之为伏都(通灵术)。过去科学和巫术的界线分明,近来界线似乎变得越来越模糊了,以致二者开始联姻,有不少物理学家和哲学家虔诚地相信这种巫术,如泽林格和潘建伟认为一千年后也许能隔空传送咖啡杯和大活人。从量子纠缠的上述解释,可以断言,凡支持非定域性的理论都是荒谬的,凡演示非定域性的实验都是编造的,凡借助非定域性的应用都是胡作非为。尤其,策划借非定域性神力搞铺天盖地的量子通信工程是一大笑话。这个流行的非定域性成见还在祸害我们的科学和文化。现在最令人担忧的还是,许多量子力学专家把爱因斯坦对量子力学数学形式体系的一些误解当作正确,而把他的正确认识——量子力学对物理实在的描述不完备,当作错误,另一方面,他们把玻尔坚持量子力学的完备性当作正确,而对他不支持波函数坍缩假设和非定性的立场置若罔闻,由此生出许多错误理论和荒唐的实验演示,这个情况已把量子信息科技的发展引向岐途,尤其是新生的唯信息论者似乎要把物理学变成“无物无理学”。是需要我们清醒考虑这个严重局势的时候了。

内容目录1. 量子纠缠的发现简史
2. 在β-BBO晶体中产生纠缠光子对的计算
3. 量子纠缠的解释
3.1. 量子理论的相对论基础
3.2. 初包模型和量子实体的分类:实体和准实体
3.3. 量子纠缠的解释:不含峰片(准实体)的交换
4. 研究量子纠缠的基本意义
4.1. 察看贝尔不等式的谬误
4.2. 察看量子隐形传输理论的谬误
4.3. 察看爱因斯坦与玻尔争论的症结
5. 结论

查阅全文:何谓量子纠缠.pdf

相关文章:(1)评《爱因斯坦的幽灵——量子纠缠之谜》http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=397242
(2)谈谈对量子纠缠真莫道不消魂相的认识http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=452401
(3)弥天大谎:实现量子隐形传输http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=335606
(4)重大进展或弥天大谎http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=409441
(5)假大空话:永远解不开的密码http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=341476
(6)谈谈对无作用测量和反事实量子密码术的认识http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=490753
(7)量子魔术:实验演示多光子纠缠http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=347314
( 8) 评中科大潘建伟组的量子计算机http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=503141
(9)对量子态叠加原理的理解http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=278897
(10)对海森伯不确定关系式的理解http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=318673
(11)波函数坍缩假设的谬误与祸害http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=271791
(12)量子退相干纲领的谬误http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=501934
(13)量子不可克隆定理的谬误与祸害http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=269438
(14)贝尔不等式的谬误与祸害http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=271637
(15)隔空传物理论的谬误与祸害http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=271693
(16)论爱因斯坦-玻尔争论之症结http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=212815&do=blog&id=217061

Nov 01 2011

王国文://老话重提:评中科大潘建伟组的量子计算机

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王国文://老话重提:评中科大潘建伟组的量子计算机


潘建伟研究组的一篇论文2007年5月发表在某网站,后于12月正式发表在美国《物理评论快报》上,题为:用光量子比特演示休尔量子因子分解算法的编译版。12月21日中科大微尺度实验室在本校新闻网发布称,这“标志着我国光学量子计算研究达到了国际领先水平。”并写道,“为了实现真正具有量子特性的Shor算法,潘建伟小组选择光子比特这样一种抗退相干能力强、单比特操纵精确的物理体系,系统地发展了一套国际领先的多光子相干操纵和纠缠态制备的实验技术。通过艰苦的方案设计和实验摸索,潘建伟等与英国牛津大学同事合作,在国际上首次用光子比特,也是首次用真正的纯态量子系统,实验演示了关键性的Shor算法,实现了15=3×5这一质因子分解,并且确认了量子计算中多体纯纠缠的存在,验证了量子加速的根源问题。”年底,该成果被评为2007年度中国高校十大科技进展之一。

他们这台量子计算机中,三光子纠缠态的制备是关键,因一般认为,不用多量子纠缠态,休尔算法就无超越经典计算的指数加速意义。早在1999年玻密斯特(D. Bouwmeester)和潘建伟等用两对纠缠光子和光分束器结合符合计数测量“制备出”三光子纠缠态,潘建伟提到该方法的主要思想是他的导师泽林格(A. Zeilinger)等提出的。已知线性光学分束器本身并无纠缠光子的作用,但是他们认为符合计数测量“后选择”引起的“波函数坍缩”能使前置的分束器成为量子纠缠器。早在1927年索尔维会议上爱因斯坦反对波函数坍缩观点,因它违反定域因果性,不能想象一个无限扩展的平面波会在探测屏上瞬间坍缩成一个无限窄的脉冲(位置算符的本征态)。1932年冯诺依曼假设,在实验或测量时态矢会发生不连续的、非因果的、瞬时的、不可逆的变化(坍缩),他把它看作是物理事件。我们要问,这种后选择引起的波函数坍缩是物理过程吗?也就是要问,他们制备的所谓三光子纠缠态是不是真的纠缠态。其实何谓真的纠缠态就还是一个问题。无疑,量子纠缠比量子干涉更深刻反映量子世界的奇妙性,因此探讨量子纠缠的真莫道不消魂相对理解量子力学有更深刻的意义。

量子纠缠是二粒子或多粒子体系的性质,要从根本上了解这种性质,首先还是要了解单量子的本性。我们先来探讨一个光子是如何不对称地同时通过平行双缝的,这是一个世纪难题。面对奇怪的双缝干涉现象,我们被迫去想象,当连带波的光子的“主体”通过平行双缝之一时,必有一个连带相同的波的“从体”同时通过另一个缝,否则就不会有干涉现象。这里的从体假定不携带动量和能量,即其连带的波是准空的,德布罗意最早提出空波观念。区分非空波和准空波是必要的,空实不分会导致不合逻辑的说法:“一个粒子既在这儿,同时又在那儿。”如果只顾连带的波,它们是对称通过的,这与主体和从体同时通过不相矛盾,这个想象综合了波粒二象性。假如不反对这个想象,我们来进一步假设,分割出来的主体和从体都由无限多个潜在的正谐波组成,在主体的尖峰处,所有组分同位相,而在峰外它们的位相随机使合成振幅为零,在从体中的组分数目一样,但合成的振幅处处为零,即假设未被双缝分割前的总体的表象近似为是一个德尔塔(delta)函数,即是一个非常窄的波包。提起波包,物理学家总是提心吊胆它要发散,几乎已绝望构造出一个线性的不会发散的波包。说来也非常简单,如果假设粒子的能量和动量仅仅与波包中一个组分的频率和波矢通过普朗克常数相关,则这个特征分量正好就是我们熟悉的德布罗意波函数,同时假设其它的组分都是与普朗克常数无直接关系的潜波。显然,这样的波包是线性的、永不发散的,可以描写一个自由微观粒子。这种由潜波组成的波包,称谓“初级波包”,它完全不同于由德布罗意波函数或电磁波组成的“次级波包”,次级波包(含孤子)原则上具有发散性,因为它们的不同分量与不同能量和动量的粒子相关。初级波包和无限窄的次级波包在形式上有一定相似性,极易混淆。例如,当极弱的光束照射感光板或光敏列阵时,上面出现的微小斑点常被认为是光的波函数坍缩到一个特殊分量(无限窄的次级波包)的“尸体放大像”,这个波包不可能在尸体形成之前存在,否则不属于坍缩,当然它也不可能与其尸体矛盾地同时存在,好玩的是它只能“被追认存在”,反之,如果认为它是作为粒子的初级波包的“尸体放大像”,则波包坍缩从未发生,因那个波只不过是它的特征分量。很显然,波包坍缩观点起因于这两种不同类型(初级和次级)波包的混淆。因此,波包坍缩是测量时的一种多余假设。微观粒子的初级波包模型除能像上面那样解释量子干涉外,还能解释最不可思议的量子纠缠,请接着往下读。

在BBO(beta-偏硼酸钡)晶体上通过自发参量下转换产生纠缠光子对是最常用的方法,它把一个紫外光子变成一对红外纠缠光子,常被编号为光子1和光子2。这种编号出现在量子纠缠的数学公式中,所以我们以下称它们为“形式编号”。例如,制备一个纠缠态:F(x1,x2)=H(x1)V(x2)+H(x2)V(x1),H和V表示水平极化和垂直极化,这里省略了归一化系数。这对纠缠光子有四个波函数(波包的特征分量),由简单逻辑分析断定,其中必有两个是准空的。如果用小写字母表示准空的波函数,函数F(x1,x2)分出两种情形:F1(x1,x2)=H(x1)V(x2)+h(x2)v(x1)和F2(x1,x2)=h(x1)v(x2)+H(x2)V(x1),从波函数对粒子编号的交换对称性可见,纠缠意味着非空的H(x1)与准空的h(x2)(或H(x2)与h(x1))不可分离地相伴(融合),它们合并成新的体系,我们给予新的编号S1,同样,V(x2)与v(x1)(或V(x1)与v(x2))不可分离地相伴,合并成新的体系,给予编号S2。不同于“形式编号”,新的编号是“定域编号”,因为新编号的两个体系在遥远相隔(确切地说,类空相隔)时,不再有任何相互影响。早在1935年爱因斯坦和另两人(EPR)就注意到,对(形式编号的)一对纠缠粒子,按量子力学,改变一个粒子的状态会影响另一个粒子的状态,不管它们相距多么遥远。但他们不相信会有这种违反相对论因果性的影响,断言量子力学对客观实在的描述是不完备的。后来,爱因斯坦在1946年文章“自述”中表示“坚持认为”:“体系S2的实在状况与我们对那个在空间上同它分开的体系S1所采取的行动无关。”爱因斯坦的这个直觉与相对论因果性一致。上面是对爱因斯坦的这个著名论断做了解读,原来他不经意地改换了粒子的编号,以适合他的直觉和定域实在论思想。在纠缠光子对中,光子1的非空态与相伴(融合)的光子2的准空态会同时受外界作用,所以很容易误解为改变光子S1的状态甚至会影响遥远的光子S2的状态,原来,光子2的非空态远在天边,而它的准空态就近在眼前。十分显然,非定域性影响在自然界子虚乌有,只虚构在量子物理学家的头脑里,即只存于意识之中,怪不得此种影响可以瞬间远达天边,无需媒介,也没有东西能阻挡。在三粒子的完全纠缠情形中,对应地,那应当是一个粒子的非空态与另两个粒子的准空态相伴(融合),三者不可分离。更多粒子纠缠的含义类推。因此可以考虑这种不可分离的相伴(融合)特性是检验纠缠性质真假和纠缠定义对错的基本物理判据(量子纠缠判据)。注意,在标准的量子力学中不需要上述的定域编号,这里用它们不是在改进量子力学,而仅仅是对它做了定域实在论的诠释。按这个诠释,量子纠缠并不意味着存在鬼魅般远距作用或传心术式的影响,也就是说,不意味着量子力学与相对论性因果律相抵触。

对量子纠缠的如上认识可能会遭强烈反对。现在几乎公认,量子力学与任何潜变量不相容(贝尔定理),尽管上面所述的潜波与量子力学相容,但人们有深刻印象,贝尔不等式实验检验违反“证明了”贝尔定理,特别是,阿斯佩克特(A. Aspect)叫喊“贝尔不等式的实验违反敲响了量子力学中爱因斯坦的定域实在论思想的丧钟”。然而,如果对贝尔不等式细加考察,可以看出在它的推导中有一个相当然的假设:量子力学的预半夜凉初透言结果由观察量对潜变量做经典式统计平均得到。然而,所有量子现象表明,量子几率与经典粒子几率的含义大相径庭,经典统计法哪能擅自借用。为什么不考虑,贝尔不等式实验检验的违反只表明经典统计法不适用于推导量子力学的预半夜凉初透言。德布罗意基金会前主人比黄花瘦席洛察克(G. Lochak)说“依我之见,贝尔不等式的实验违反无关于所谓的“非定域性”或“非分离性”。这违反只不过表明量子几率不是经典几率!” 阿德尼尔(G. Adenier)认为“虽然证明贝尔不等式违反的实验愈来愈准确和无漏洞,必须强调,不管如何地准确和接近理想,它们能证明的不外乎量子力学的有效性,而不是那[贝尔]定理的有效性。”阿卡笛(L. Accardi)等说“我们检查认为贝尔不等式的实际起源是经典(柯尔莫戈洛夫)几率理论适用于量子力学的假设。”散托斯(E. Santos)也说“实际上至今被实验上违反的所有不等式都不是单独从实在论和定域性条件推导出的真正贝尔不等式,而是要求辅助假设推导出的不等式。颇为显然,这种不等式的违反不能驳倒整个定域潜变量理论家族,而只是有限的家族,即满足辅助条件的那一些。”并说:“依我之见,错误信仰[定域潜变量理论已在实验上被驳倒]影响的扩大是二十世纪物理史上最大的忽悠(delusion)之一。”对贝尔不等式本身合理性的质疑如此等等,不一而足,因此大可不必去相信贝尔不等式的实验违反敲响了定域实在论的丧钟。看来,对量子定域实在性的否定可能是当代物理史上最愚蠢之举,可怕的是现在它像瘟疫一样流行,特别是,量子信息科学领域成了重灾区。

如果前面所述的情景正确反映了量子纠缠真莫道不消魂相,那么,按上述量子纠缠判据,可以认为光分束器结合符合计数测量不会有纠缠光子的功能,即不会产生真的光子纠缠。也就是说,在潘建伟组的实验中,由一个光子与一对纠缠光子用该方法不可能建立起三光子GHZ纠缠态,即计算机的输入和输出寄存器的态之间不可能建立纠缠。因此,他们的量子计算机不能真的演示休尔质因子分解算法,做出15=3×5分解是靠胡乱凑合。从另一方面看,光子纠缠必由某种作用引起的,然而,在光分束器内光子间除有干涉外,没有直接和间接的相互作用,那么,符合计数测量“后选择”引起波函数坍缩产生了什么样的新物理作用使得前置的分束器成为光子纠缠器呢?未见有人能讲清楚它的物理机制。上面已经论证,常被称呼为声名狼藉的(infamous)波函数坍缩假设在量子物理中是完全多余的。尽管从国内外文献看到,这种制备方法得到许多专家的认可,甚至仿效,但依笔者之见,凡是用此法制备的多光子纠缠态(包括潘建伟组制备的六光子薛定谔猫态等)都不是真的纠缠态,尽管有煞费心机的证明为之辩护。

量子力学是高度可信的理论,但的确是个难以理解的理论,而实验资料的分析与解释又常常依赖于对理论的理解,所以量子力学实验比较容易出不可靠的结论。考虑到高精尖实验的结论有极大的说服力或迷惑力,这就要求研究人员更加严谨从事,力求使实验事实明确和结论可靠,尤其是,所谓“实验实现”常常只给出一些数据或曲线,因此需要作者自己充分认真检查,多方核实,以防由表观实验资料得出虚假的结论。在这争抢首创、争抢名利和争抢科技资源的激烈竞争时代,量子信息实验的虚假成果并非罕见。美国格林伯格(D. M. Greenberger)教授有句名言:“量子力学是魔术”,此言差矣,不宜把量子力学妖魔化,不妨说,现下的量子信息学有点魔术和巫术的味道。对于潘建伟组的量子计算机,如果要说有什么可比的话,笔者觉得,该机“第一次实现”15=3×5分解,堪比一场精彩的魔术。

(王国文,北京大学物理学院,2008年1月30日)

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Oct 29 2011

王国文:量子退相干纲领的谬误

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王国文:量子退相干纲领的谬误

量子退相干纲领的谬误

[摘要]退相干纲领的积极意义是,用波函数的表观坍缩代替祈求知觉参与的那个臭名昭著的坍缩。这个纲领的基本依据是:1.量子力学是完备的和普适的,2.量子力学底下的定域潜变量不存在,3.体系与环境间有量子纠缠和非定域关联。众所周知,这些依据本身至今都还是争论的问题。然而,有可能以一般不遵守爱因斯坦-德布罗意关系式的潜波为变量,在相对论框架里做出线性的不发散的波包,它可以用来来描述微观粒子和解释量子干涉和量子纠缠,以及说明物体从量子行为到经典行为的过渡。这个波包模型也使得对量子态的叠加原理和不确定性原理变得容易理解,从而一举解决量子力学的诠释问题和量子测量问题。这个模型说明,波函数对个别实体的描述不完备,量子力学底下的定域潜变量存在,而量子体系间绝无非定域关联。因此上述的这些依据本身是荒谬的,无怪乎退相干纲领既不能解决量子测量问题,也不能解释宏观物体的经典性,即也不能解决量子-经典的过渡问题。现在的结论是,退相干纲领或类似的变种均无科学意义。
全文:退相干纲领.pdf
Oct 14 2011

王国文:真有神出鬼没的事儿吗?

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王国文:真有神出鬼没的事儿吗?

  几乎没有人会相信神出鬼没、超距感应的事情,这类玩意儿只见于幻想小说或电影,像《星舰奇航记》、《西游记》。惊人的是,1997年以来,在国际一流科学杂志上发表的不少论文中声称类似的事已经真的实现,研究热潮方兴未艾。此事发端于查尔斯·贝内特等6人的一篇论文,1993年他们根据纠缠量子的所谓非定域关联提出了量子隐形传态思想和理论,该理论被认为是量子信息理论的重要组成部分。国内有专家把量子信息技术与20世纪的半导体、激光和核能技术开拓相提并论,也有学者认为这是中国科学家有望问鼎诺贝尔奖的领域。量子隐形传态,也称量子离物传态或量子远程传态,有教授把它的实现看作是量子力学实验和理论方面的新进展写进量子力学教材。他们认为,这种非定域关联或称非定域作用能使量子态从一个地方无需媒介瞬间转移到另一个地方,以至遥远的天边。爱因斯坦在1947年3月给玻恩的信中称非定域作用为幽灵般的远距离作用,又在1946年写的“自传笔记”中把它比作传心术,不信自然界存在这样的作用。然而,在爱因斯坦去世后不过十年,有一位物理学家叫约翰·贝尔,利用补充经典变量论证了实在量子的纠缠意味着量子行为的非定域性,并推出了一个不等式,此后许多所谓检验此类不等式的实验几乎完全“证实了”非定域作用的存在。亨利·斯塔普称贝尔的工作是最有深远意义的科学发现。贝内特等人的隐形传态理论是在这样的形势下顺理成章地问世和流传。 量子隐形传态被认为是量子信息理论和技术的范例,我们国内也特别受重视,也有令人赞叹的成就。据报道,中国科技大学潘建伟领佳节又重阳导的研究组在量子纠缠态的制备和量子隐形传态的实现方面取得了突破性进展,国际领先,曾获得英国《自然》杂志,美国《物理评论》,欧洲物理学会,美国物理联合会,奥地利科学院和中国科学院等的肯定或褒扬。无疑,量子隐形传态的可能性和实现问题,不仅关系到量子信息技术的开发,而且关系到两位物理泰斗爱因斯坦和玻尔争论的是非,关系到对量子力学的合理诠释,关系到相对论和量子论的融合,以及关系到哲学和文化等,其重要性自不待言。

  关于量子隐形传态,可以杜撰一个形象的比喻,先把一个大面团对半分成两个,比作两个量子,把其中一个发给爱丽丝,把另一个发给鲍勃。现在有位柯莱儿要把一个馒头送给鲍勃,爱丽丝需要做的是,把这馒头放进量子传真机与她的面团进行某种联合操作,此时假如指示器上报告操作得到某个结果,则她打电话把这个结果告诉鲍勃,那时鲍勃在他的接收机上只要按一下相应的按钮令做一个简单的操作,就有一个由面团变成的馒头到手了。更有甚者,潘建伟说:“为什么我们不可以大胆一些,不可以想象:由各种各样分子组成的人,也可以在瞬间,带着他所有的记忆,带着他的品质,带着他的痛苦和欢乐,甚至包括感冒,传输到遥远的地方?”(《中国青年》2004-12-30)

  有一些量子隐形传态实验是用激光做的,有一个发射台,发射辅助隐形传态用的成对纠缠光子,假设一对中的一个光子发向爱丽丝,另一个发向鲍勃。现在如果柯莱儿要发送一个携带无限大量比特信息的光子给鲍勃,她交给了爱丽丝办理。实际实验设备和操作是非常复杂的,简化地说,爱丽丝面前的设备由量子态乘法器和分析器两部分组成,分析器上有4个报告分析结果的指示灯,各以00,01,10,11编号,鲍勃方面有量子态感应器和校正器。发送时,爱丽丝把柯莱儿的光子与那辅助的光子输入乘法器得到处于积态的一对光子,再把这对光子输入分析器,并注视哪个指示灯亮起。因为量子态预示的测量结果是几率性的,所以各灯亮起的几率是1/4,至于哪个灯亮起则是随机的。假如爱丽丝发现01号灯亮起,则按贝内特等人的理论,量子隐形传态过程已经“成功”,即鲍勃手头的光子的态已经变成了与发送态相近或相同的态。如果爱丽丝打个电话把结果“01”告诉鲍勃,则他按照“01”指定的简单线性变换对感受到的态做一下校正,就获得同柯莱儿交发的一模一样的光子了,它的频率、偏转、位相携带着来自柯莱儿的无限大量比特信息。妙哉!这里传输无限大量比特信息只用了2比特信息。研究者深信这种通信技术的可行性是量子力学原理所“保证”的。说到这儿,也许有人不禁要问,真有这样奇妙的事儿吗?这里所谓的传态过程“成功”是否虚假?量子纠缠是怎么回事?

  我们先探讨量子纠缠从何而来。这要从量子干涉现象谈起,在弱光的双缝干涉实验中,探测屏上出现的微小斑点清楚显示光子有一个点状的部分,即有一个反映能量集中的峰,而出现的干涉条纹好像暗示它还具有鲜为人知的峰外部分,因而自然推想条纹起因于被双缝割出的含峰片与不含峰片的自身联合。爱因斯坦在1909年写道:“我总是认为,目前最自然的观点是:光的电磁场的出现是同奇点相联系的,就像静电场的出现遵循电子理论一样。不能排斥,在这样一个理论中,电磁场的全部能量,可以看作是定域于这个奇点,完全像过去的超距作用那样。我设想,也许每一个这样的奇点都被一个力场围绕着,这种力场在本质上具有平面波的特性,而其振幅随同奇点的距离的增长而减小。”(爱因斯坦全集二卷505页) 虽然他曾自称50年思考还未接近光量子是什么的解答,但是上述观点近乎定性地说,一个量子实体包含一个波包峰和其峰外部分。事实上已能做到在相对论框架内用不会发散的线性波包来描述一个自由量子,其中与动量和能量相关的特征分量即是量子的波函数。对这种描述有人接受,有人不屑一顾。不管如何,笔者深信,如果量子没有峰外部分就不会有量子干涉,不会有量子纠缠,也不会有其它种种量子怪事。

  我们再探讨量子是如何纠缠的。前面所述的那对辅助光子是用高功率激光在非线性晶体中产生的纠缠光子,通常说,其中光子A发到爱丽丝处,光子B发到鲍勃处,其实这种说法无异于视光子为经典实体。如果视光子为上面所述那样的量子实体,则可以设想,当光子B的含峰片包括其平面电磁波向鲍勃方向运动时,它的一个不含峰片包括其平面电磁波同时跟着光子A的含峰片走,二者融合在一起。同样,A的一个不含峰片也跟着B的含峰片走。并且,如果爱丽丝对光子A的含峰片进行测量,它的伴随者也必然受到同样的测量,它们仿佛同呼吸共命运、同生死共患难。甚至若B的含峰片连同其伴随者在鲍勃处被毁了,在爱丽丝处A的含峰片的伴随者也还总是“阴魂不散”,真所谓,远在天边,近在眼前。这可能就是量子理论中二光子纠缠数学表示式所反映的真实情景。上述与生俱来的融合决定着爱丽丝和鲍勃双方实验测量结果的非经典关联,这种关联无关于无端的非定域作用,因此,量子纠缠并不意味着存在幽灵般的远距离作用,也不意味着量子力学与相对论相抵触。特别需要指出的是,约翰·贝尔对量子峰外部分的存在毫无意识,所谓贝尔不等式是用“潜变量”把经典实体扮成量子实体推导出来的,因此这类不等式根本不可以作为鉴别量子纠缠是否具有定域性的试金石,称贝尔的工作是最有深远意义的科学发现是无稽之谈。

  上面只谈到在非线性晶体中产生的二光子纠缠,而要用非线性晶体产生能用于实验的三光子纠缠还不太现实,据报道,这是因为现有材料的三阶非线性极化率很小以及受现有激光器的功率限制。既然三光子纠缠产生的情况如此,不用说产生更多的光子纠缠了。为避开这种限制,奥地利安东·泽林格指导的团队以及他影响下的研究组大胆采用线性光学器件分束器来产生所谓三、四、五光子纠缠。但是,如果对量子纠缠真莫道不消魂相的以上认识正确,那么他们所谓实现的三、四、五光子纠缠都不是真的量子纠缠。即使没有以上的认识,用不会使光子间发生作用的分束器加符合计数测量来实现的那些所谓纠缠,其真实性也是可疑的。

  我们知道,爱因斯坦因认为“量子理论含有幽灵般的远距离作用的意思”而“不能虔诚地相信”这个理论,反之,有很多人因欣赏贝尔不等式及其检验证明量子力学正确而确信量子纠缠体现非定域作用,现在我们看到,上面所描述的量子纠缠情景能够把他们各方坚持的合理方面,即量子力学是正确的和不存在非定域作用,二者合起来说明量子力学的本性是定域的,也就是说,它并不含有超距作用或超距感应的意思。我们也看到上述两种相反态度都带有对量子纠缠数学表示形式的误解,而贝内特等人的量子隐形传态思想正是这种误解的产物,因此可以断言,量子隐形传态绝无可能性。既不可能,何来实现?

  笔者在浏览有关文献后觉得,那些量子隐形传态的实验演示和结论中不无疑点,隐形传态是否真的已经实现还是个问题,真莫道不消魂相分晓尚待时日。以笔者拙见,不仅量子隐形传态,一切取决于超距感应的信息技术开发方案都不能指望成功,更不能指望通过这类实验来证明定域实在论思想是错误的。本来,激光技术及其它技术的成熟为量子纠缠的应用开发创造了条件,无疑这是有科学意义和应用前景的研究方向,遗憾的是,国外和国内许多研究组被量子隐形传态思想误导步入迷途,加上其他因素,他们的论著和宣传造成超距感应神话在科技和科普作品中泛滥。轻率做出实验结论以附和反定域实在论思想可是危险的,恐怕打着实验证明旗号的神话会严重危害科学技术的发展和思想文化的进步。

(王国文,北京大学物理学院,2006年5月24日)

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附新闻一则:“潘建伟:中国量子通讯网络计划2016年发射”

拷贝转贴自:http://news.hexun.com/2011-09-29/133848854.html

和讯网消息 2011诺贝尔奖得主北京论坛9月28日-9月30日举行。和讯网全程报道。中国科技大学教授潘建伟表示,中国量子通讯计划在2016年发射。通过这种技术的发展,最终构建广域的量子通讯网络,在空间卫中转战的帮助下实现远距离量子通讯。

潘建伟表示,未来我们想发射一颗量子卫星,可以把两个网络连接起来,以这样的方式构建量子通讯网络,在量子通讯的帮助下,通过发射装置发射到卫星上,可以把卫星上的量子态返回到地球上。目前国际上有类似的相应的计划,我们的量子通讯计划在2016年发射。通过这么一种技术的发展,最终构建广域的量子通讯网络,在空间卫中转战的帮助下实现远距离量子通讯。

以下为文字实录:

各位来宾大家早上好!根据论坛组委会的要求我今天的报告题目是量子传输与未来通讯。在我们中国有一本非常有名的小说就是《西游记》在小说里面有几位非常神奇的人物,第一个就是千里眼,千里眼可以看到千里以外的事情,顺风耳就能听到千里以外的事情,还有就是孙悟空,对于神话传说当中在当今现实中都实现了。电视很好的实现了千里眼的功能,我们每天用的手机或者电话本质上实现了顺风耳。随着信息技术的发展,大家就问了,我们在信息传输过程中我们的通讯,我们的信息交流,传输是不是安全的?这是我目前关心的一个问题,与此同时在吴承恩提出的三项功能,像孙悟空突然消失,又突然出现,现代科学会不会出现呢?随着量子传输的发展,部分来解决刚才所希望的这样一种类似于孙悟空筋斗云,介绍功能之前简要的回顾一下量子力学的基本原理。所谓量子是构成物质的基本单元,我们把他叫做光子,对于这种基本单位来说是不可分割的,这种不可分割的单位有几个奇怪的性能。根据量子力学的叠加原理甚至处于任意的叠加,对于大多数来说如果粒子本身处于什么你不知道,你可以做一下测量通过简要的分析告诉我们。所以未知了量子是不可以复制的。

我们把它应用于两个粒子的时候同时又两个猫,同时处在活活和死死的叠加状态,这种态有两个头子,这两个头子不管处于多远,你可以得到零和一这两个某一个,当你发现不管他们两个相距多么遥远,不管多么遥远他们都有精确的关联。当我们把这种量子叠加和量子久长(音)叠加的时候我们可以做很多事情,因为对这些测量结果中间这个窃听者不可能分成两份,这么一来中间倾听者的窃听是很容易被发现的,利用这两个分发是安全的,所以可以实现加密保证通讯的安全。还有另外有意思的是可以实现孙悟空的功能,假定我从合肥带来一个箱子,但是我忘了把钥匙,我的同事可以在合肥给我测量一下,我在这里就可以配一把就可以把箱子打开了。到了1993年的时候几个美国的科学家凭这个方法可以实现把一个量子态从一个地方传到另外一个地方,但是不需要把量子送过去。假定说有一个合肥人想到北京来,可以把纠缠物纠缠起来,这里面得到一些数据,是0、1、0的数,通过无线电台传到北京,传到北京之后只要对北京的粒子做一个相应的操作,例外这种方法可以做远距离的量子态,在上世纪90年代开始大家在这个方面做了大量的工作。

2005年之前国际上很多小组在英国、日本和中国很多小组做的大量工作,都做了超过百公里,因为光的不完美,它的密码的分发的速率比较低,所以比较没有使用价值。到2007年的时候国际上取得了比较好的进展,比如说美国的小组和中国的小组都利用光线达到100公里,200公里,这样一来在城市间利用这种技术就足够了,2008年的时候在合肥构建全通讯的网络,当时在欧洲也构建了这个网络 ,在2010年在日本也构建了量子光线网络。同样的就是说1997年的时候国际上实现了 首先光量子传输,随后大家希望把距离越做越远,所以大家想做原子传输,因为所有的物体都是由原子组成,对于原子比特来说当时的技术只能做到几十个微米,随后大家又在这个方面做了新的工作,希望在以往的工作上把钛从一个地方传到另外一个地方,当然在以往所有实验当中只是对单光子而言的,能不能对多个粒子进行传输,2006年的时候在国际上大家做的第一个这样的实验,当时做了两光子的传输,将来可以做三光子,四光子的传输,以往的实验当中存在着这样的困难,我们把距离做远是有很大得限制。而且如果说用原子存储器,我们可以非常方便的来实现遥远地点之间的原子久长(音),做远距离的量子传输。第一个有效方法是2001年提出来的,经过很多年的努力,一直到2008我们小组在国际上实现了一个非常稳定的量子中介器的演示,利用量子久长互相立宪量子传输,另外我们还有另外一个解决方案,可以利用飞行器的帮助我们可以很好的克服地表的影响,我们知道水平大气只有5到10公里的水平大气,这个光子可以80%的效率穿透大气层的,利用这个手段实现全球化的量子通讯。

基于这种想法在2003年时候在维也纳做的,把这个久长自由空间分发到600公里,2005年在合肥做了13公里的实验,证明这两个光子穿过大气层的时候很好的存活。2007年他们在西班牙群岛上实现了基于左右空间的144公里的单光子和久长光子的技术,远距离的情况下是可行的。与此同时利用前面发展的技术到了2010年在长城的八达岭实现了16公里的自由空间的量子传输,最终随着这个方面的技术的发展,到的今年夏天可以实现久长光子的分发,我们可以把两个久长光子传输百公里,当然这是一些原理性的实验,在工程实现上做了一些实验,在40公里的范围内模拟了基于卫星的量子。未来我们想发射一颗量子卫星,我们可以把两个网络连接起来,以这样的方式构建量子通讯网络,在量子通讯的帮助下,通过发射装置发射到卫星上,可以把卫星上的量子态返回到地球上。目前国际上有类似的相应的计划,我们的量子通讯计划在2016年发射。通过这么一种技术的发展,最终构建广域的量子通讯网络,在空间卫中转战的帮助下实现远距离量子通讯。我的报告就到这里,谢谢大家!

Sep 27 2011

王国文:谈谈对无作用测量和反事实量子密码术的认识

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王国文:谈谈对无作用测量和反事实量子密码术的认识

[摘要]在量子物理中引入初包的含峰片、峰外片、不含峰片概念能无佯谬地解释双缝干涉、量子隧穿、量子纠缠和量子-经典过渡。有了以空波为特征分量的不含峰片,无作用测量的真莫道不消魂相赫然在目。同样,惠勒延迟选择效应、量子路径信息擦除效应、阿哈罗诺夫-玻姆效应等的真莫道不消魂相也暴露无遗。还有,量子非定域性的荒诞、量子退相干纲领的谬误、量子隔空传输巫术、多光子纠缠魔术、量子密码绝对安全神话,也都统统昭然若揭。这里论证,无作用非无,反事实不反,反事实量子密码术并不具有无条件的安全性。量子通信专家常说,量子密码的无条件安全性为量子力学的基本原理所保证,量子密码派也常特意用这句话来与现代密码派博弈,可惜此话查无实据,纯属假大空话。看来,现时不该稀里糊涂投巨资去搞大规模量子密码工程,应先去切实认识有关的物理规律。

自从2009年韩国物理家卢泰坤(Tae-Gon Noh)发表文章“反事实量子密码术”[1]以后,我们国内有多个研究组很快跟进,国外尚少见。反事实量子密码术,也称N09协议,是根据1993年以色列物理学家厄黎策(A. C. Elitzur)和维德曼(L. Vaidman)提出的“无作用测量”概念建立的。这两位发表的文章的题目为“量子力学的无作用测量”[2]。然而,人们的普遍经验是,凡测量皆需要物理作用,难道量子测量不是这样的吗?他们认为在某些情况下测量仅仅需要“作用的可能性”。无作用测量看似反事实的,所以,反事实量子密码术也就是无作用量子密码术。“无作用测量”这个名称颇受争议,例如,帕维希(M. Pavicic)在文章“共振无能量交换探测和‘哪条路径’实验”中写道:“但是我们用名称无能量交换实验以强调这个事实,即被探测物体要与测量仪器发生作用,甚至无能量子hv转移给它。”[3] 他指的是如玻尔强调的非力学作用。相比之下,带有哲学意味的“反事实测量”这个名称则容易蒙混。它是指,在某些情况下,从测量可以得到可能会发生过什么的信息,但什么也没有真正发生过。搞反事实量子密码术者几乎都说,它具有无条件的安全性,为量子力学的原理所保证。郭光灿等于2010年7月发文“反事实量子密码术的安全性”[4],称他们考虑它与纠缠提取协议过程的等价性证明了N09协议的无条件安全性。潘建伟等于2011年7月发文“反事实量子通信的实验演示”[5],称他们已取得反事实量子通信的忠实而圆满的实现,在其过程中信息载体似乎没有走过量子通道。后面要指出,无作用非无,反事实不反,N09协议并不具有无条件的安全性,谬误出在对量子力学的错误理解上。
厄黎策和维德曼的论证是用马赫-曾德尔干涉仪,它由两个半反半透分束镜,两个反射镜和两个探测器组成。在这种干涉仪中,一个光子的波被第一个分束镜分成两个成分,它们分别经过光路a和b在第二个分束镜上再联合,最后光波在探测器上被假设坍缩成光子。而光子则被认为是只经过一条光路进入某个探测器的。这种认识符合玻尔的互补原理,即光子是“波或粒子”,不是“波和粒子”。因此,假如在一条光路b上放一枚单光子吸收触发灵敏的炸弹,如果进入干涉仪的一个光子在这条光路上碰到它并被吸收,它就爆炸。如果这时在某个探测器(D2)上测到一个光子,炸弹未被触发爆炸,那么这个光子一定是走了另一条光路a。然而,干涉仪原先(也是通常)是这样安排的,当炸弹未放前,不管经过哪条光路的光子由于自干涉,均进入探测器D1,无一进入D2。因此放炸弹后在D2上测到的光子必定是经过光路a到达的。于是他们做出结论,未有光子碰到炸弹,也能测到炸弹存在的信息。这好比在黑暗中看到了东西。在这个意义上他们称之为“无作用测量”。再者,如果D1和D2(假想有100%量子效率)上都未测到光子,炸弹也未爆炸,那么那一定是个哑弹。
现在来解释他们的这个思想实验。我们知道量子物理中的许多基本问题与“粒子”这个概念相关,如果我们能够用纯波建立的模型说明一切像粒子的性质,则量子现象解释中的佯谬自然不复存在。好在现在已经发现,在相对论框架内能建立一个由无数潜波等权相加而成的不发散波包,它的特征分量就是我们熟知的波函数,即能建立一个综合波粒二象性的微观粒子模型--初级波包(简称初包)。[6] 这种波包不会发散,是因为其中的潜波只有一个成分--特征分量--与粒子的动量和能量相关。由此类特征分量组成的波包是次级波包,像德布罗意波包和光脉冲,要发散是其特征,因为其中的波成分各与不同的动量和能量相关。冯·诺伊曼和其他许多人证明在量子力学中凡波包皆发散,那都是所述的次级波包,其中的成分是熟知的普通波,而不是假设的潜波,对潜波的频率和波矢,爱因斯坦-德布罗意关系式一般不适用,仅适用于特征分量。很自然,用初包的含峰片、峰外片、不含峰片概念能无佯谬地解释双缝干涉、量子隧穿、量子纠缠和量子-经典过渡。[7-10] 有了以空波为特征分量的不含峰片,无作用测量的真莫道不消魂相赫然在目。同样,惠勒延迟选择效应、量子路径信息擦除效应、阿哈罗诺夫-玻姆效应等的真莫道不消魂相也暴露无遗。还有,量子非定域性的荒诞、量子退相干纲领的谬误、量子隔空传输巫术、多光子纠缠魔术、量子密码绝对安全神话,也都统统昭然若揭。这个无作用测量概念来自对“不含峰片”这种准实体缺少意识,所以必然忽视它在这干涉仪中对那个炸弹的作用,尽管它无触发炸弹爆炸的功能。鉴于这种准实体的存在,“无作用测量”应改为“准作用测量”,而且说明反事实不反。
卢泰坤的“反事实量子密码术”使用的装置是厄黎策和维德曼所用装置的变型。他把马赫-曾德尔干涉仪中两个分束镜合二为一和用法拉第反射镜折叠光路,这样前者变成迈克尔孙干涉仪。并把炸弹换成一个开关,关时相当于放入炸弹。整个装置位于通信双方的一方,称艾丽丝方,只是用光纤连接的开关位于通信的对方,称鲍勃方。装置中还附加一些实验运行必要的器件。其中随机用两种入射光子,水平极化的和垂直极化的,为的是用来随机编码0和1。这样一来,当在艾丽丝区的探测器D2H(测水平极化光子)或D2V(测垂直极化光子)测到一个光子时,她知道在鲍勃区的那个开关一定是关上的(相当于放入炸弹),这时“光子”是经光路a到达D2H或D2V,未走出艾丽丝区。惊人的是,“光子”未出艾丽丝区竟能探测到了鲍勃方的开关状态的信息。这样,艾丽丝随机选择入射光子的极化和鲍勃通过操作开关来随机选择表示他的比特值的两种极化之一,从这些探测器获得的比特信息就可以用来编制密码串。从前述的初包模型看,关闭光路b(即连接鲍勃方的光路)就挡住了光子初包的不含峰片,破坏了干涉效应,导致这光子有1/2几率(总几率的1/4)进入D2H或D2V。注意这是最大的有效几率,因为,如果第一个分束镜的反射率降低,则出现无效几率,当反射率趋于零时,有效几率趋于零,再也探测不到鲍勃方的开关状态的信息。因此,探测到鲍勃方的信息并不是无载体的,那个不含峰片就是它的载体。如果对这种不含峰片缺少意识,那就以为信息的传输可以脱离载体。假如在这过程中真无载体,窃听者就无法截获-重发任何信息,从而可达到绝对安全的加密,可惜这只是一个神话。
这里发生一个问题,不含峰片能否被窃听者截获和重发。虽然做起来非常的难,答案是肯定的,因为在合适的增益媒质中,对不含峰片的单独放大(克隆)原则上并无限制。塞莱里(F. Selleri)和他人讨论过空波放大的可能性和实验检验的可行性[11]。至于那个未知量子态不可克隆定理,其推导思路看起来很合理,其实是错误的,涉及输入态的未知或已知的主观因素更无道理。所有物理学家都知道量子态叠加原理与量子测量结果(包括量子克隆)间存在着微妙的关系,而这个定理纯粹是从叠加原理形式地推导出来的。我们知道激光形成是依据光放大,有什么好的理由能认定光放大不等于光子被精确克隆?再者,对单独的不含峰片,原则上可以利用两个光子间的互干涉观察它。我们知道两个独立无线电台发出的电磁波是会干涉的,可以推论独立光束也会干涉。1963年马扎尔(G. Magyar)和曼德尔(L. Mandel)的论文“两个独立激光束叠加产生的干涉的条纹”[12]和1967年普费立高(R. L. Pfleegor)和曼德尔(L. Mandel)的论文“独立光子束间的干涉”[13]中报告的实验结果都证明了这一点。他们的结果可以解释为一束中一个光子的含峰片与另一束中光子的不含峰片发生了干涉。所以原则上我们可以利用这种互干涉间接观察一个光子的不含峰片。按照上面的论证,“反事实量子窃听术”能够对付“反事实量子密码术”,准确地说,“准事实量子窃听术”能够对付“准事实量子密码术”。由此看来,N09协议在原理上并非无条件地安全。
作为提出无作用测量概念的先驱者,1960年任宁格(M. Renninger)发表文章“不扰动物体的观察”,提出“阴性结果测量”概念[14],1981年狄克(R. H. Dicke)发表文章“无作用量子测量:一个佯谬?”,提出“无作用测量”概念[15]。他们和后来厄黎策和维德曼报告的事实,都有深刻含义,催人对量子实体概念、量子力学诠释和量子测量问题的深思。量子力学的确意味着有像“鬼”一样的东西存在,它可以携带信息,这个鬼就是初包的不含峰片。对这种鬼东西,无法绕开它,只好承认它,接纳它。可以说,没有初包的不含峰片就没有量子世界和量子力学。量子力学的潜波变量理论能够重现量子力学一切预半夜凉初透言的事实直接证明贝尔不等式和贝尔定理是伪的。这个潜变量理论也自然地解决了所谓的量子测量问题。量子通信专家常说,量子密码术的无条件安全性为量子力学的基本原理所保证,量子密码派也常特意用这句话来与现代密码派博弈,可惜此话查无实据,纯属假大空话。看来,现时不该稀里糊涂投巨资去搞大规模量子密码工程,应先去切实认识有关的物理规律。
在我国,反事实量子密码术跟进之快、参与者之多,说明我国的科研跟踪能力越来越强,但也至少部分地反映出中国科协名誉主人比黄花瘦席周光召院士的担忧:“我们科研跟踪的速度是越来越快了,国际上出了新成果,我们半年或一年就能跟进,可为什么我们不能率先突破、开辟一个新领域呢?”“我现在特别忧虑的就是社会上急于求成的浮躁状态。有的弄虚作假,有的为追求论文数量而不管质量、效果,结果就是只跟着别人走。”
参考文献:[1] Noh, T. G., Counterfactual quantum cryptography, Phys. Rev. Lett. 103, 230501[4 pages] (2009).
[2] Elitzur, A. C. and Vaidman, L., Quantum mechanical interaction-free measurements, Found. Phys. 23, 987-997 (1993).
[3] Pavicic, M., Resonance energy–exchange–free detection and 'welcher Weg' Experiment, Phys. Lett. A 223, 241-245 (1996).
[4] Zhen-Qiang Yin, Hong-Wei Li, Zheng-Fu Han, Guang-Can Guo, Security of "Counterfactual quantum cryptography"
http://arxiv.org./PS_cache/arxiv/pdf/1007/1007.3066v1.pdf
[5] Yang Liu, Lei Ju, Xiao-Lei Liang, Shi-Biao Tang, Guo-Liang Shen Tu, Lei Zhou, Cheng-Zhi Peng, Kai Chen, Teng-Yun Chen, Zeng-Bing Chen, Jian-Wei Pan, Experimental demonstration of counterfactual quantum communication
http://arxiv.org./PS_cache/arxiv/pdf/1107/1107.5754v1.pdf
[6] Wang Guowen, Ultrashort light pulse and the concept of the photon, Proc. SPIE, Vol. 1032, pp. 428-431 (198 8) .
[7] Wang Guowen, Heuristic explanation of quantum interference experiments
http://arxiv.org/PS_cache/quant-ph/pdf/0501/0501148v1.pdf
[8] Wang Guowen, Realistic solution to the tunneling time problemhttp://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0706/0706.3510v1.pdf
[9] Wang Guowen, Locality of quantum entanglementhttp://arxiv.org/PS_cache/quant-ph/pdf/0512/0512195v1.pdf
(10)Wang Guowen, Finding way to bridge the gap between quantum and classical mechanicshttp://arxiv.org/PS_cache/physics/pdf/0512/0512100v1.pdf
[11] Selleri, F., Quantum Paradoxes and Physical Reality, (Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1989), section 4.4: Quantitative empty wave amplification.
[12] Magyar, G. and Mandel, L. Interference fringes produced by superposition of two independent maser light beams, Nature 198, 255-256 (1963).
[13] Pfleegor, R. L. and Mandel, L., Interference of independent photon beams, Phys. Rev. 159, 1084-1088 (1967).
[14] Renninger, M., Messungen ohne St\"{o}rung des Me\ss objekts (Observations without disturbing the object), Z. Physik 158, 417-421 (1960).
[15] Dicke, R. H., Interaction-free quantum measurements: A paradox?, Am. J. Phys. 49, 925-930 (1981).
(王国文,北京大学物理学院,2011年9月26日)
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Jun 07 2011

王国文:谈谈对量子纠缠真莫道不消魂相的认识

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王国文:谈谈对量子纠缠真莫道不消魂相的认识

何谓量子纠缠?量子纠缠态在数学上定义为:“如果一个二粒子复合体系的量子态无法分解为各子体系量子态之张量积,这个态称为纠缠态”。

量子的纠缠在物理上通常理解和描述为超距作用,即隔空瞬时影响:“当测量一个粒子时,另一个与之关联的粒子会瞬时改变状态,无论它们相距多么遥远。”这种纠缠被认为是物理学中的最大奥秘,或谓物理世界第一谜。

鉴于在相对论框架内建立的量子初包模型能够合理地综合波粒二象性,其含峰片(实体)与不含峰片(准实体)概念能够无佯谬地解释双缝干涉和其它一切量子干涉现象,因而顺藤摸瓜,对量子纠缠之谜可以给出一个解答:何谓量子纠缠,那是一个初包(微粒)的含峰片与另一个初包(微粒)的不含峰片在特殊条件下的融合发生纠缠,也就是说,它们的不含峰片发生了交换形成纠缠。这种交换,正好说明像氦原子中奇怪的交换能的来源和解释一切量子纠缠现象。因此,量子纠缠是一种特殊结构,而不是一种神秘的隔空瞬时影响关联。也就是说,纠缠后分离的实在微粒的编号(a和b)应不同于原来的微粒编号(1和2),这时再称“微粒1与微粒2无论相距多远”已无意义,因为微粒1(或2)的含峰片与微粒2(或1)的不含峰片已融合在一起。我们可以说:“微粒1(或2)的含峰片受任何操纵必定牵连微粒2(或1)的那个不含峰片,无论微粒1的含峰片(或不含峰片)与微粒2的含峰片(或不含峰片)相距多远。”

这个远在天边、近在眼前的诡计已经迷惑了物理学家大半个世纪。因此量子纠缠意味着:与其说整体大于部分之和,不如说整体中除包含含峰片外还包含着那种不为人知的不含峰片,与其说存在鬼魅隔空瞬时影响,不如说鬼魂缠身、阴魂不散。

量子纠缠的隔空瞬时影响解释出于虚实混淆、远近颠倒。爱因斯坦坚持的分离性原则适用于编号a和b,不适用于编号1和2,混淆两种不同编号是EPR佯谬的起源,根源在于对不含峰片这种准实体及其可能的交换缺乏意识。总之,一切量子怪事都要归囚于初包的峰外片和不含峰片,无它们就无法理解量子力学和量子世界。

量子力学的潜波诠释说明,虽然这个理论在希尔伯空间中的表述优美而有成效,然而在相空间(位形空间)中的表述更为自然、直观,更易于与经典力学贯通和解释宏观物体经典性的浮现。量子初包模型的有效性直接宣告潜变量不可能存在的一切证明无效,因而量子力学对量子实在的描述绝非完备,即量子态并不包含单个体系的全部信息。完备性思想导致对量子态叠加原理和海森伯不确定性原理的错误理解,因而也是不反映真实物理过程的波函数坍缩假设、退相干纲领和量子不可克隆定理谬误的基础。

现在的结论是,量子纠缠绝对是定域的,不存在瞬时的隔空操纵影响,超距作用子虚乌有,隔空影响只虚构在某些量子力学专家的头脑里,怪不得此种影响可以瞬间远达天边,无需媒介,也没有任何东西能阻挡。因此说明贝尔不等式无科学意义,量子隐形传输也绝无可能性。更重要的是,表明量子力学与相对论本无冲突。超距作用作为量子纠缠的解释,是违反因果逻辑的、超自然的、非物理的、神秘莫测的,查无可确信的事实根据,薛定谔曾称之为巫术,爱因斯坦称之为鬼魅作用和传心术,连信徒贝内特也称之像伏都教的通灵术。

这样看来,在应用上,称“量子隐形传态可用于大容量、原则上不可破译(万无一失)的保密通信,也是量子计算的基础”是假大空话,无怪乎实事一项无成,连“您好”的简单问候都无隐形传送成功的可能性。可以断言,一切取决于超距作用(非定域性)的信息技术开发都不能指望成功,更不能指望通过这类研究来否定爱因斯坦一生坚持的定域实在论思想。

现在最令人担忧的是,许多量子力学专家把爱因斯坦对量子力学数学形式体系的一些误解当作正确,而把他的正确认识:量子力学对物理实在的描述不完备,当作错误,另一方面,他们把玻尔坚持量子力学的完备性当作正确,而对他不支持非定性和波函数坍缩假设的思想置若罔闻,由此生出许多错误理论和其阳性实验,这个情况已把量子信息科技的发展引向岐途,尤其是新生的唯信息论者似乎要把物理学变成“无物无理学”。

鉴于对量子纠缠真莫道不消魂相的以上认识,如果说早年以波函数坍缩假设为依据的多光纠缠实验演示还有一点试验意义的话,如今还有专家进而演示8光子纠缠,那不仅是量子魔术,该说是胡作非为了。

还有那个被号称世界第一的“首次实现了具有存储和读出功能的量子纠缠交换”,也是出于对量子纠缠的糊涂认识和错误的实验路线。何谓量子纠缠这个问题的重要性自不待言,特别希望所有物理老师,大学里的和中学里的,都来关注或参与量子纠缠真莫道不消魂相问题的探讨和辩论。

(王国文,北京大学物理学院,2011年6月6日)

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