中國已經應用量子通信了,為什麼有的專家還說量子通信是偽科學?

用戶73302064039

對內行來說,原因很明顯:這些所謂“專家”並不是真正的專家。

為什麼呢?一條判據就看得很清楚了:這些對量子通信的攻擊,只是發表在網絡上、媒體上,而沒有發表在經過同行審稿的、有良好聲譽的學術期刊上。一篇都沒有。

為什麼沒有呢?因為量子通信的可行性,是早已經過數學證明的。只要量子力學的基本原理正確(有許多民科一心想推翻量子力學,但這些民科的文章同樣也無法在學術期刊上發表,因為毫無實驗根據),量子通信的可行性就確定無疑。一個已經被數學嚴格證明的東西,你怎麼反對?你會反對1 + 1 = 2嗎?你會反對勾股定理嗎?

反量子通信的人經常說,量子通信在歐美是個邊緣化的小領域,主流科學界完全不認為這是什麼重要的成果。可是就在最近,2018年2月,量子通信的兩位開創者,美國物理學家Charles H. Bennett 和加拿大物理學家Gilles Brassard,獲得了2018年的沃爾夫物理學獎。中國的潘建偉教授給他們寫了推薦信,想必量子通信在中國的實用化對他們獲獎也是一個重要的催化劑。沃爾夫獎是個地位非常崇高的大獎(雜交水稻之父袁隆平得過2004年的沃爾夫農業獎),普遍認為它的重要性僅次於諾貝爾獎,許多得獎者後來也獲得了諾貝爾獎,因此被稱為諾貝爾獎的風向標。你看,主流科學界對量子通信的承認程度,怎麼樣呢?

袁隆平獲得2004年沃爾夫農業獎

反量子通信的人是不是又要說,大家都被量子通信這些人給騙了?——你開心就好。


袁嵐峰

回答前先擺下資格,我是新華社瞭望智庫的特約科技觀察員,受邀寫過關於量子通信的科普。





受邀去騰訊公司講過量子通信。



我下面的科普是經過中國科技大學專家審核過的,對流傳較廣的所謂專家質疑進行了正面清晰的駁斥。

量子保密通信京滬幹線已投入使用,墨子號量子通信衛星也實驗成功,中國在量子通信研究方面已經走在了世界前列。



在黨的19大報告中,將墨子號量子通信衛星作為了重大科技成果,量子通信在社會上得到熱議。但由於這項技術的門檻高,缺少通俗靠譜的科普介紹,社會上出現了很多懷疑的聲音,甚至有人認為中國的量子通信就是個騙局。

量子通信到底是咋回事呢?首先,量子通信的基礎是量子力學,而量子力學的疊加、測量、糾纏三個特性是反直覺的,令我們難以理解,其實當年的科學家們對此也有過激烈的爭論。

隨著研究的深入,量子力學的這三個特性被無數次實驗所證實,在鐵證面前科學家們放棄了歧見,開始共同探究其背後的科學原理。在普朗克、愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森堡、薛定諤、狄拉克等頂級科學家的共同努力下,完整的量子力學體系得以建立。

量子力學與信息學相結合產生了量子信息科學,量子信息科學又分為量子計算和量子通信兩個學科方向。中國人在量子通信領域的研究和實踐處於世界領先地位,領軍人物是中國科技大學的潘建偉教授。



潘建偉在《自然》上發表過《實驗量子隱形傳態》(“Experimental quantum teleportation”),入選了《自然》雜誌的“百年物理學21篇經典論文”。

在《自然》上發表了《單個光子的多個自由度的量子隱形傳態》(“Quantum teleportation of multiple degrees of freedom of a single photon”),被英國物理學會評為2015年十大物理學突破之首。

聲名鵲起後,潘教授應邀參加了一些電視節目,對量子通信進行了一些科普宣傳,使很多觀眾瞭解到了量子通信的神奇,但同時也埋下了被公眾誤解的種子。



真正理解量子通信,除了要有量子力學的基礎,還需要很高的數學修養,很顯然公眾是不具備這些能力的。為了讓老百姓能聽明白,潘教授使用了一些生活中的比喻,這種非科學語言當然不嚴謹,於是被一些人揪住不放,並據此認為量子通信是個騙局。

科學允許任何質疑和反對,這恰恰是它強大的原因之一,但質疑和反對需要遵循科學共同體制定的學術規則。

質疑者應該撰寫論文,發表於跟《自然》相當的專業刊物上,被該領域內的專家進行同行評議,然後才有可能成為一個推翻潘教授原文章的科學議題,這才是正確的質疑和反對方法,而不是拿人家的比喻去說事。

還有人稱墨子號就是一個傳統的激光通信衛星,這也是一個誤解。傳統的激光通信衛星一次會發射上億個光子,它依靠激光的強度、頻率、相位等來攜帶信息。

而墨子號量子通信衛星一次只發射一個光子,是利用疊加和測量的特性來進行信息的傳遞,量子通信衛星與激光通信衛星的原理完全不同。



前陣子有個報道稱日本成功發射了量子通信衛星,速率1000萬比特/秒,比中國的量子通信高很多。這個消息在國內媒體廣泛流傳,甚至權威媒體都有報道,中國科技大學的學者進行了調查,結果認定這是個假消息,這顆日本衛星就是個普通的光學通信衛星,跟量子通信無關。

墨子號量子通信衛星的通信速率很低,它並不是一個通信新方法,而是一項通信保密新技術,量子通信解決的不是通信問題,而是通信加密問題。

在我們的日常生活中,觀察不會影響到狀態,例如一個運動的物體,有人看到或沒人看到,其運動軌跡並不會發生變化,而在量子力學有個“測不準”原理,觀察就會影響狀態。

軍事通信對保密性要求很高,但即使用再極端的加密方法,也不能保證你得到的加密信息沒有被敵人竊取過。也就是說,你得到了完整的保密信息,但這個信息很可能早已經被敵人複製了一份拿走了,並做好了誘捕你的陷阱,而你對此卻一無所知。

在量子通信中,測量觀察就意味著狀態改變,這種洩密等於自毀的通信機制保證了所接收到的信息一定沒有被其它人竊取過,因為被竊取過的信息你一定收不到,因此可以放心使用。這是軍隊常年追求而不可得的極優秀特性,現在通過量子通信得以實現,這是信息安全的一個巨大進步。

量子通信是超越光速的瞬間移動?這個說法來自於對量子力學中糾纏現象的誤解。

什麼是量子糾纏?可以理解為一根筷子的兩端,一端動作則另一端也會同時動作,兩端的動作沒有時間延時。



但是,量子糾纏並沒有信息的傳遞,並不能僅僅依靠糾纏現象進行通信。潘建偉團隊的量子通信利用的是疊加和測量這兩個量子特性,跟糾纏無關,也正因為沒有使用製備非常困難的光子糾纏,所以能更快得以實現。

包括量子通信在內的任何通信手段,都必須依賴載體,而且不可能超越光速,量子通信沒有違背任何信息科學理論。

還有人質疑,既然量子通信只是一種加密方法,那就應該叫做量子加密方法,而不能叫量子通信。

這其實是對通信理論的無知。通信的分類有很多角度,從是否使用線纜可分為有線通信和無線通信,在有線通信中,又可細分為光纖通信、電纜通信等。

這種根據信號傳輸載體的分類方式被廣大民眾所熟知,以至於一些人把它當作了通信分類的唯一方式。

實際上其它分類還有很多,根據收發情況的不同可分為單工通信、半雙工通信、雙工通信。根據是否保密的區別,可分為保密通信和非保密通信。騎個摩托車去送信叫做運動通信。喇叭哨子叫做簡易信號通信。把所有漢字都用阿拉伯數碼代密,這是密語通信。

而利用量子效應的通信方式就叫做量子通信,量子通信的說法跟半雙工通信、運動通信、密語通信等一樣,都是根據通信的某種特性而進行的分類,這在通信行業內是毫無問題的說法。

量子通信的真正意義是什麼呢?當前的信息加密方法已經非常成熟,安全性已經可以達到我們所要求的任意強度,但始終有一柄達摩克利斯之劍懸在我們頭上,那就是安全依靠的是計算複雜性,永遠不能排除被破解的可能。

量子通信將計算複雜性這個數理邏輯領域的問題,擴展到了物理領域,用客觀物理現象實現了密碼的不可破譯性,用量子力學原理解除了這柄達摩克利斯之劍,這才是量子通信的意義所在。


奧卡姆剃刀

一般都是誤解造成的。量子通信現在指的是利用量子糾纏效應進行通訊。但是這裡有個坑,很多人都跳了進去,即量子糾纏本身並不能傳遞信息。我想大家是在這裡產生了誤解。

現在最大的誤解一般就是兩點。要糾正這兩個觀點以後,就和科學家們的本意是一致的了。一個是量子糾纏只能用來加密,信息依然靠經典方式。另一個也是隨之而來的,量子通信由於依然依靠經典方式,決定了其傳播速度並沒有突破光速,以前多快現在還多快。


我再舉個例子,一串9對糾纏狀態的量子,依次編號123456789。將成對的分開,依次傳輸到接收端。然後兩邊一起測量量子的狀態。得到這串123456789的狀態依次分別為011101101(假設一個狀態是0,反之為1)。

然後我們給對面打電話,告訴他234679158是這次通訊的信息。這時其他人截取了這段電話內容,僅僅得到了234679158的內容,一臉懵。

而對面的接收端著可以根據剛才測量的記錄解碼,得到234679158即等於1111111000。這個111111000就是被加密傳輸的內容。

感興趣可以搜一下“雙縫干涉測量”和“薛定諤的貓”,弄明白這倆有助於理解。

當然,我這個例子很簡單,不嚴謹。要詳細的解釋就太麻煩了,寫了也沒人看。畢竟要想弄明白,還得靠看書。網上的再權威的信息也是片段,不如書上系統。

劃重點,量子通信的核心是密鑰分發。

最後再說一遍,具體的量子通信技術細節我也不知道。量子通信是已經進入實踐階段的科技,無需質疑。關於怎麼分發,怎麼測量,我要是知道了還敢在這寫文章,那就是作死。


蛋科夫斯基

我們通常所理解的量子通信(quantum communication),是指利用量子糾纏來實現瞬間的信息傳遞,哪怕是在宇宙中無限遙遠的兩個點。但愛因斯坦的相對論不允許物質和信息傳輸速度超過光速,所以量子通信本身就是一個在現有理論框架下無法實現的概念,一些專家激進一點說是偽科學雖然不妥,但也只是對有人故意混淆這個概念的厭惡和憎恨而已。

中國的量子通信實際是量子保密通信,是指利用量子糾纏對通信信號進行加密,通信本身還是要靠無線電、光纖等進行,速度還是不會超過光速,在這方面中國確實是走在了世界的最前面,而且也投入了實際應用,我們沒理由貶低自己

這就像夫妻兩人分居在北京和上海,通過寫信交流感情,信交給郵局靠郵遞員來傳遞,夫寫信到妻收信需要3天時間,整個過程就叫通信。

但夫妻兩人濃情似海,迫切需要瞬間就把信送達對方,這個概念就叫量子通信,然而這種瞬間傳信在這個宇宙中是根本無法實現的。

就在這時,又發生了一件很不爽的事情,郵遞員竟然偷看丈夫寫給妻子的信,丈夫就和妻子商量,我們把信封加上一把鎖,鎖裡面裝上炸藥,郵遞員就沒法偷看了,一偷看鎖就會爆炸,把信銷燬。這就叫量子保密通信。

所以量子保密通信就是量子保密通信,不是什麼量子通信,量子通信這個詞“quantum communication”現在還沒有什麼意義,你去谷歌上用英文搜索,基本上都只和中國的量子保密通信有關,不知道未來這個詞會不會真的成為世界標準,量子保密通信就是量子通信?我估計不太可能,科學畢竟是嚴謹的。


徐德文

量子通信絕不是偽科學!只不過是大家對此有誤解!

量子通信應該稱為量子加密通信!其本質就是利用量子糾纏效應來實現通信加密的一種方式。說通俗點兒就是無論的銀行賬戶設置多麼複雜的密碼,也可能被別人所破解。因為以前的密碼,不管是純數字還是數字加字母組合,其實都要轉化為二進制代碼,說白了是一種數學密碼!因此有的銀行為了安全性就使用了U盾,這就是物理密碼了,黑客再想破解就相對較難了!

而量子加密通信就是利用量子糾纏效應來加密的技術,也是一種物理加密。由於量子力學中的測不準原理,即不可能同時測定粒子的位置和動量。因此,我方發射的量子加密通信信號一旦被敵方測量,其狀態就會改變,通信信號就會自毀,從而保證信號不會被傳遞到我方的接收方!達成無法破解的加密通信!

這就是量子加密通信的含義,它只是用物理方式加密,達成無法破解的一種通信方式。通信速度並不發生改變!


地震博士

官方的量子通訊的概念到底是什麼?請仔細查閱一下官方採用的概念,

我在官方的通訊上截取的內容。但實驗操作本身並不容易,在本次實驗中,研究團隊向衛星上的一種特殊晶體發射了一束激光。該晶體會釋放一對偏振方向相反的糾纏光子;然後,兩個光子分別被髮射到相距1203公里遠的德令哈和麗江。在西藏的高山上,稀薄的空氣令光子不那麼容易衰弱。本週內,該團隊已經報道同時測量到了1000個光子對,並發現偏振方向相反的對數遠超預想的隨機對數,因此確定刷新了“量子糾纏”的距離記錄

既然叫刷新,到底是刷新了誰的記錄呢??

我希望大家在公平公正的態度上討論這個問題,但還是先不要質疑量子通信技術

澳大利亞新加坡美國,都有了這項實驗,只不過是距離的長短問題,但是每個國家,他們都沒有公佈實驗的內容, 我想這種實驗室對國防安全有劃時代意義的東西

量子科學及相關期間,必然牽扯到國防安全,而且是各種資金的投入,個人否定量子科學或者量子通訊,只能從理論上。實驗中會出現各種各樣的問題,不一定是理論所能解釋的,僅供大家參考。

我們應該尊重那些善於質疑的科學家,如樓上兩位,但是我們更應該尊敬那些還戰鬥在第一線的科學家,全盤否定,或者全盤認知,都是不可取的,你們都是科學工作者,請相互給一點時間


聽晨A

既然大家提出這個問題,我就來幫忙回答一下吧!

首先自我介紹一下,我是一名普通的高三學生,對事物思索已經有幾年了,可能思想並不成熟,希望大家多多指教。

對於量子物理學,從九年級開始涉及,最近也剛剛看完《量子糾纏》這本書,回答這個問題或許是最合適不過了。

首先,你要搞清楚這個問題的本質是什麼。這個問題雖然很普通,但是牽扯到一些很複雜的問題。就是“人對自然現象的研究發現歷程進行”。現代科學在一定程度上相當於遠古時期的巫術,古代的鬼神論,玄學。但是,現代科學最重要的一點是他不否認自己的錯誤。簡單來說,現代科學承認他自己“錯了”。為什麼說錯了?因為本質是無法描述的。一個由機理產生的思維去看透這個機理本身,是不可能的,因為我們的思維本身就建立在機理之上,無法去站在一個更高的視角去描述(自己思索吧!有些複雜,只可意會)。所以,科學就註定了他是錯誤的。但是錯誤為什麼要用?因為準確。就像我們老師常說的,高中學的到大學全是錯的。我們要學,第一這是思維的基礎,第二成功是建立在錯誤上。其次,就是對於一些要求精度不高的東西,經典理論的誤差已經可以忽略了,相當於是近似等於。但對於一些更加深層次的東西,要求精度更高的東西,我們就需要更好的描述,近代物理學誕生了。科學的進行,“描述”的發展,其實就是一場無限接近於真理的一個過程。我們不可以到達真理,但是我們可以無限接近。

接下來,我再談一點。許多人對科學有很深的誤解,對哲學也有很深的誤解。畢竟,深邃並不是所有人都可以有的。就算是教授,也不一定可以完全理解嘛!對待科學的發展要有辯證的一種態度。現在不是傻乎乎的說“錯啊!”“對啊!”這是一種很愚蠢的行為。我九年級就看清了對與錯的辯證關係,你們呢? 如果沒有看清,就好好沉澱下來,好好地思索一下吧!

謝謝!

有相同境界的朋友關注一下,有興趣的朋友也可以關注一下,希望可以和大家好好交流。


愁雲墨色

我用盡量簡單的語言表達這個問題。

中國的量子通信的真正名字叫:量子加密通訊。而題主說量子通訊確實是偽科學。這兩者之間是有很大區別的。

量子加密通訊

在通訊中,加密是一個全世界都關注的問題,我們現在所有的通訊都需要進行加密,包括你現在玩的手機上網。



最高的保密級別就是一次一密,即:每次通訊完成後,就銷燬這次通訊使用的密碼本。但是,密碼本的傳遞和儲存還是有風險的,有被截獲和複製的風險。

量子加密通訊就能解決這個難題,我就以我國的量子加密通訊衛星舉例:衛星將一對對糾纏態的量子分別發送至AB兩地,兩地對糾纏態量子測量之前,誰都不知道量子的狀態,包括髮送量子的衛星。這時候,A地測量了糾纏態的一個量子態為1,對側的量子態就可以確定為0了,反之亦然。兩側分別測量了各自收到的量子,得到了一串用來加密的密碼,然後就可以利用這串密碼加密和解密下面進行的一次通訊。這就實現了一次一密,和密碼的隨機產生。

由於量子的不可複製性,在密碼的發送過程中,如果有人竊聽,就會造成誤碼率大幅上升,通訊就失敗了,同時AB兩地就會知道有人竊聽。這就實現了密碼本的安全傳遞。

量子加密通訊的整個過程都沒有任何信息超越光速傳遞。量子傳遞過程只是個密碼的產生過程,信息還是走的經典通道。所以是不違背相對論的。

量子通訊

題主說的偽科學量子通信,就是利用糾纏態的量子實現超遠距離的通訊,例如數光年之間的星際通訊。這常見於科幻小說裡面,例如《三體》裡面的智子機器人。小說裡面,利用糾纏態量子進行超越光速的信息傳遞,小說裡面行,實際上是不可能的:

糾纏態量子一旦被測量,糾纏態就坍塌了,所以不可能傳遞任何信息,同時也就不存在改變一個糾纏態量子的狀態就可以瞬間改變另一個量子狀態的事情。

所以說:量子通訊是偽科學,量子加密通訊是真科學。

更正一下:潘建偉團隊採用的是單光子秘鑰傳輸,不是採用的量子糾纏秘鑰傳輸。單光子秘鑰傳輸利用了量子疊加態,以及測量本身會對量子態干擾的原理進行的。


講科學堂

所謂已應用的量子通信,在本質上應屬於激光通信,僅僅是用偏光器產生的振動方向相互垂直的偏振光表達1與0的編碼計算方式與信號傳輸方式!其所謂的量子密鑰分發,在本質上也是非單光子的激光隨機密碼術,是掛羊頭賣狗肉!所有光量子糾纏原理的通信、計算與探測技術,均屬於偽科技!要控制單光子之間進行糾纏通信、計算或探測,需經歷單光子抓捕、貯存、檢測、控制與傳輸等多個環節。下面我們分述各個環節的荒唐性。

先從抓捕單個光子這個環節說起,如果使用不間斷地產生大量光子的光源,要想從中抓出一個光子,首先必須找到僅能通過單個光子的小孔,我們知道,人類用激光能打出的最小孔徑也有100埃,是光子的15億倍,即使選用直徑最小的氫原子的內部空虛部分作為限制光子通過數量的小孔,也無法保證僅僅通過一個光子,因為氫原子的直徑也有64埃,是單個光子的10億倍,僅比激光能打出的最小孔徑小三分之一而已。 如改用電子填入半導體空穴中激發產生單個光子的技術方式,其同樣也不可靠,人類無法做到僅僅輸入一個電子,也難以做到把單個半導體空穴分離出來,他們拿什麼來保證能抓到單個光子?既然連抓住都不可能,如何談精確控制單個光子的狀態?

退一步來說,即使抓到了單個光子,在貯存環節依然困難重重,我們知道,光子是永遠保持高速運動狀態的,一旦遇上障礙物即發生被反射、被吸收或蛻變等變化,很難維持原有的動量與自旋方向。據說量子神學家們是用接近絕對零度條件下的電磁約束法來迫使光子偏離貯存器壁,從而維持光子的穩定性。這種貯存法顯然無法令人置信,因為沒有完全達到、也不可能完全達到絕對零度條件下的電磁場本身仍然存在電磁輻射,因而也是光子的世界,一個光子處於其它無數光子的包圍之中,其穩定性是非常可疑的!

再退一步,即使在單光子抓捕與貯存兩個環節都無問題 ,而在檢測與精確控制兩個環節,於然是難以完成的任務。人類對微觀粒子已有的檢測方式是電磁波方式,即光子探測方式,而控制光子狀態,也同樣只有用光子方式最有可能實現,但是,用一個光子去檢測與控制另一個光子,足以嚴重改變彼此的位置、方向與動量,甚至合併或分裂成為新的微觀粒子,因而無法保持被檢測光子在檢測前後狀態的一致性,或者違背操控所期待的狀態,更何況人類根本不可能實現兩個以光速運動的光子之間的高效精確相撞!即使它們撞上了,之後將它們再度精確分離也是無解的難題!

再來看光子的無線傳輸環節,依量子神學家的介紹,是從衛星上用激光束把與地面、空中兩端光量子均存在糾纏關係,並攜帶有密匙信息的另一個光量子發送到地面,實現密匙分發,這顯然漏洞極為嚴重,激光的光子與需傳送的光子相互獨立,不存在運載與被載關係,並且兩者運動速度相同,激光如何能完成把攜信息的光子傳送到地面的使命?如果考慮到大氣層對光子的反射、散射與吸收,單個光子穿越1203公里太空(墨子號衛星的軌道高度),成功到達地面的概率幾乎為0!

下面我們再從微觀粒子的空間位置與狀態的規律的角度,揭穿量子糾纏等量子偽科技原理的荒唐性。

從物理學與數學常識的角度來說,微觀粒子的位置與狀態只服從隨機分佈的概率規律,但量子神學大師們卻歪曲解釋為量子個體可以同時出現在不同空間位置、可以同時存在多種不同狀態重疊(即疊加態),並與其它粒子之間的狀態發生相互糾纏的同步變化。這種傳遞速度為無限大的量子糾纏描述,不僅有違常識,也違背歷經無數核爆試驗驗證過的質能換算公式及相關的光速極限論!

不管是量子糾纏傳輸信息,還是糾纏密匙分發,凡涉及"糾纏"二字就是未經實驗驗證、也永遠無法驗證的偽科技!認為存在糾纏關糸,中間還用一個光子傳送密匙,而不能通信傳信息,這更荒唐!說太空糾纏態光量子是隨機產生,而地面與太空光量子卻能存在明確糾纏關係,同樣荒唐!

綜上所述,光量子糾纏原理的通信、計算與探測,從光子的抓捕、貯存、檢測、控制與傳輸,再到它的糾纏原理,全部是荒唐的胡說八道!由此可認為當今所謂的光量子糾纏原理通信、計算與探測,實際上是某些人的惡意炒作,客觀上根本不可能存在!


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