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量子网络的曙光

作者:苗千

2018-02-25·阅读时长5分钟

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(文 / 苗千)


( 物理学家理查德·费曼 )

量子技术从来没有如此深刻地影响人类的生活。可以说,在20世纪初发展起来的量子力学和广义相对论塑造了人类的现代生活方式,尽管量子力学的本质(或者说它的现象)对于物理学家们来说仍然有些难以理解。量子力学最令人难以理解的地方和它与经典力学最为深刻的分歧,就在于微观领域的量子叠加态和纠缠态这种违反人类日常生活经验,甚至是违反相对论的特性。研究量子力学的物理学家们已经习惯于通过波函数来描述这些量子现象,虽然对于波函数的本质,目前在物理学界也是众说纷纭,但是并不妨碍人们开始利用这些量子力学中最基本的性质进行创造(最新的研究表明,波函数可能比人们之前想象的更加真实和基础)。

著名物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)早在1981年就曾经讨论过利用量子叠加态建造量子计算机的可能。他指出,量子世界的量子比特并不一定要像传统通讯方式一样局限于“0”和“1”的各种排列,量子计算可以把要传输和交换的信息编写在量子叠加态中,然后传输整个量子态,量子计算机也可以利用量子叠加态进行平行计算,这样的计算速度将会远超普通计算机。

利用量子力学中另外一个令人迷惑的基本性质——量子纠缠,则有可能建造出完全不同于现代通讯网络的量子信息网络。根据量子力学的描述,两个处于纠缠态的微观粒子,无论相隔多远,彼此的量子态都会紧密结合,成为一个整体,如果对其中的一个粒子进行测量,也就可以马上了解另外一个粒子的状态。这种现象不符合狭义相对论中关于光速是宇宙中最快速度的描述(处于纠缠态的粒子之间状态的传输是超距的),因此爱因斯坦始终对其持怀疑态度,称之为“鬼魅般的超距作用”(The spooky action at a distance)。尽管人们至今仍然不理解量子纠缠的本质,但是这种量子世界奇特的性质则可能成为人们构建量子信息网络的基础。

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苗千

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