眼见不一定为实,意识是和物质相对立的另一种存在,但我们认知的物质仅仅是宇宙的5%。
据央视报道,我国科学家日前在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态,为发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。近日,国际权威学术期刊《物理评论快报》发表了这一最新研究成果,并称其是“量子通信领域的一个里程碑”。
中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍,量子隐形传态,是一种全新的通信方式,类似于科幻电影中的星际穿越。
它能借助量子纠缠这一特性,将未知的量子态传输到遥远地点,而不用传送物质本身,是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。
在自然世界中,真实的物理体系往往包括多个粒子,每个粒子包含多种自由度,而每个自由度又可以有多个维度。要真正实现复杂量子物理系统的完整态传输,并把它应用于可扩展的量子信息技术,量子隐形传态就需要走向多体、多终端、多自由度、高维度和远距离。
1997年,国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证,入选了“百年物理学21篇经典论文”;2006年,中国科学技术大学潘建伟院士团队实现了两光子复合系统的量子隐形传态;2015年,该研究团队首次在世界上成功实现了单光子多自由度的隐形传态。
在理论创新的基础上,潘建伟研究团队发展高稳定性多通道路径干涉技术,开创了多光子多维度相互作用的实验先河,成功实现了高维度量子隐形传态,并严格证明了该过程的非经典性以及高维特性。
美国物理学会等发表评论称,这一成果为传输粒子的完整量子态铺平了道路,也为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的科学基础。
很多漫威迷们应该知道在漫威的超级英雄系列电影中,《蚁人》算是比较特殊存在的一个系列了。毕竟复仇者联盟中大多数英雄都有着非同一般的身份。有超级战士;有亿万富翁、有天才科学家,还有真正的天神。而“蚁人”只不过是一个普通且有不良记录的小贼,机缘巧合下,得到了汉克·皮姆博士的高科技蚁人套装,获得了变大变小的超级能力。
《蚁人》整部影片中都在讲述变大和变小两件事,大可超过绿巨人,而小则可以小到尘埃里。因此,整部影片设计了很多科学邻域的专业学术,其中关于量子力学的阐述最为突出。
比如说在量子物理学中,体积的大小是由粒子之间的距离决定的,想要改变粒子间距,则需要改变粒子间的相互作用。电影中汉克·皮姆博士之所以能把各种物品变大变小,就是利用自己研发的“皮姆粒子”通过改变粒子间的相互作用完成的。
今天我们就一起来聊聊那些关乎量子力学的奥秘!
壹
看过《蚁人》第一部的同学应该都知道,在电影第一部中主角斯科特·朗将自己缩小到了量子级后成功回到了现实世界。
我们所生活的现实世界是属于三维空间,而斯科特·朗缩小到量子级这个世界相对于我们生存的三维空间的级别是接近于无限小的。就好比我们现实生存的空间是在地球,而地球相对于宇宙是无限小的。而斯科特·朗成功缩小至量子级就好像生存在了一例尘埃里,而这例尘埃相对于一个普通身高的人来说是无限小的。
在量子级的世界里,你曾今所关乎的一切都变得无意义,只剩下空寂和虚无,当然在这个世界中你的所见所想都将重新定义你的认知,甚至开始怀疑,到底哪个才是真实的我。
在电影《蚁人2》中就给我们阐述了关于量子级世界的一些情况假设,比如说刚进入量子级世界的汉克·皮姆博士就遇到了水熊虫,还差点被吃掉。
水熊是地球上生命力最强的生物,可以在没有防护措施的条件下在外太空生存,在喜马拉雅山脉(6000m 以上)和深海(4000m 以下)都能生存。
在我们生活的现实世界中水熊虫是一种体型极小的生物,必须用显微镜才能看清。大部分不超过1毫米,最小的水熊虫初生的时候只有50微米。而最大的水熊虫则只达1.4毫米。
但在量子级的世界里,水熊虫大的足以把汉克·皮姆博士吃掉。
贰
在影片中,因为珍妮特与斯考特都变成了量子级的大小深陷量子效应,所以他们之间才发生了量子纠缠,于是珍妮特“附身”在了斯考特身上,最终找到了珍妮特在量子空间中的具体坐标。
说到量子效应就不得不提“薛定谔的猫”。薛定谔猫是一个设计巧妙的理想实验:将一只猫关在箱子里,箱内还置有一小块铀、一个盛有毒气的玻璃瓶,以及一套受检测器控制的、由锤子构成的执行机构。
铀是不稳定的元素,衰变时放出射线触发检测器,驱动锤子击碎玻璃瓶,释放出毒气将猫毒死。铀未衰变前,毒气未放出,猫是活的。铀原子在何时衰变是不确定的,所以它处于叠加态。薛定谔挖苦说:在箱子未打开进行观测前,按照量子力学的解释,箱中之猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着!要等有人打开箱子看一眼才能决定猫的生死。
通常一般人会认为猫要么死了,要么活着,两者必居其一,不可能同时既死又活!
简单来说就好比你向心仪的女神表白前,你不知道她到底是喜欢你还是不喜欢你,也许连她自己都不是很明确,这时候她对你的感情就处于“喜欢+不喜欢”状态,或者叫薛定谔猫态。
但是在你表白之后,这个状态就坍缩成“我也喜欢你”和“你是个好人”两种确定的不同的状态,其概率取决于你是高帅富还是屌丝等诸多因素。或者是,在一个宇宙中,你们俩幸福地抱在了一起;而在另一个平行宇宙中,你回家看了个爱情片。
反正就连英国著名科学家霍金在听到薛定谔猫佯谬时都说:“我去拿枪来把猫打死!”
叁
前面我们说到电影中珍妮特与斯考特之所以能意识共同,是因为二者都曾经变成了量子级大小,发生了量子纠缠。
爱因斯坦曾把量子纠缠描述为“幽灵般的超距作用”,因为这一现象看起来非常不可思议:在纠缠态中,即使二者距离很远,一个粒子发生了什么,另一个粒子也会瞬间发生同样的事,而且这一过程是超光速的。
我们原来认为世界是物质的,没有神,没有特异功能,意识是和物质相对立的另一种存在。但要知道,我们认知的物质仅仅是宇宙的5%。
没有任何联系的二个量子,可以如神一般发生纠缠。把意识放到分子、量子态去分析,意识其实也是一种物质。
既然宇宙中还有95%的我们不知道的物质,那灵魂、鬼都可以存在。既然量子能纠缠,那第六感、特异功能也可以存在。
同时,谁能否定在这些未知的物质中,有一些物质或生灵,它能通过量子纠缠,完全彻底地影响我们的各个状态?
所以,鬼神或许是可以存在。在《蚁人2》中就出现了一个最大的反派幽灵,也被叫做鬼魂。因为受到父亲量子实验失败爆炸的影响,被量子世界作用后她可以穿透任何实体物品。
在量子纠缠的相关研究中,也有一种称为“鬼成像”的奇异现象,也被称为“量子成像”。
人类获取的信息,有90%来自视觉,也就是物体本身发出或反射的光在我们的视网膜上所成的像。这种成像原理主要基于透镜成像,人眼的晶状体如同透镜,能在物体本身和我们“所见”上形成点与点的一一对应关系。
而量子成像之所以称之为鬼成像是因为有别于常规思维的新型成像方式,其最大的特点就是实现了物像分离。
量子成像能利用两个探测光路分别对物体的空间分布和强度分布进行探测,其中任何一路信息都无法单独成像,唯有两路信息共同探测,才能通过测量进行关联成像。
现在应用中的鬼成像卫星拥有两个摄像头,一个使用桶状的单像素传感器瞄准感兴趣的目标区域,而另一个摄像头测量环境中更宽区域的光场变化。科学家通过分析和合并两个摄像头接收的信号,以一套复杂的量子物理学算法制作出一个以前认为不可能的、极高分辨率的目标图像。而黑暗、云层等影响能见度的因素将不再重要。这就好比我们在室外安装一个探测器后,只需要在室内再配置一个探测器进行采样,就可做到“不出门而尽知门外事”。
高维度量子体系的隐形传态高维度量子体系的隐形传态的突破意味着在未来我们很可能通过量子完成位移,而到时候这个世界或也将由此改变吧!
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