瞬间移动、信息绝密能实现吗？六问神奇量子世界

新华社甘肃酒泉8月16日电“即时运动”和“绝密信息”真能实现吗？-六个问题和答案带你去奇妙的量子世界

新华社记者荣、、白

你还记得这个场景吗？在电影中，主人公走进一扇“任意的门”，并立即穿过另一个空间...

在量子世界里，这可能不是幻想。就在今天早上，中国发射了世界上第一颗量子科学实验卫星。新华社记者采访了量子卫星首席科学家潘剑伟院士、中国科学院物理研究所研究员、北京大学物理学教授刘，带您走进神奇的量子世界。

问:什么是量子？

答:量子是物质的基本单位和最基本的能量载体。它不能再分开了。例如，光子是光能的最小单位，没有“半光子”。同样，也没有“半氢原子”、“半水分子”等等。量子世界有两个基本原则:

量子叠加意味着一个量子系统可以处于不同量子态的叠加态。著名的“薛定谔猫”理论曾生动地表达为“猫既可以活着也可以死去”。

——量子纠缠类似孙悟空和他的分身。不管它们相距多远，它们都是“相连的”。当两个微观粒子处于纠缠状态时，无论它们相距多远，如果一个粒子的量子态发生任何变化，另一个粒子会立即感觉到并做出相应的变化。

问:世界上真的有“绝对安全”的交流吗？

答:首先，我们需要谈谈通讯中的信息是如何被窃取的。传统的光通信是通过光强的变化来传输信息的。从其中分离出一点光不会影响其他光继续传输信息。原则上，测量这一微小的光可以窃取信息。

量子通信是完全不同的！如果窃听者想要截取量子信号并测量它，它将不可避免地破坏携带关键信息的量子态。根据量子不确定性定理，这种破坏将不可避免地被信息的发送者和接收者发现。

我们能在不破坏传输的量子态的情况下截取并复制它，然后继续发送它吗？这已经被“量子不可克隆定理”完全排除，从而保证了量子通信的绝对安全。

问:“量子隐形传态”在《星际迷航》中是指隐形传态吗？

答:“量子态隐形传态”是基于量子叠加和纠缠的特性，即一个粒子在位置A的未知量子态可以在位置b的另一个粒子上恢复。事实上，传输的是粒子的量子态，而不是粒子本身。这种传输状态的速度上限仍然是光速，也不是“瞬时运动”。

现在，量子态的隐形传态已经在光子、原子和其他层次上实现了。原则上，在电影中允许“改变生活”，但这还远远没有实现。因为科幻电影中的人类传播不仅需要大量原子和分子在人体物理部分的传播，还需要严格按照原始的相对位置进行重排，更不用说更复杂的意识和记忆的复制了。

然而，随着科学技术的发展，我们也许仍能在未来实现人类的量子隐形传态，那时星际旅行将不再是梦。

问:将来机器会像《变形金刚》一样配备量子大脑来取代人类吗？

答:所谓的量子大脑实际上是一台正在开发中的量子计算机。未来的量子计算机可能对人工智能有很大的帮助，在数据搜索、分析和处理方面提供比当前经典计算机更多的计算能力。

机器人是预先编程的，而人类是有意识和*意志的。研究发现，人脑的思维机制可能类似于量子叠加和纠缠。因此，一些学者认为，未来有望创造出像人脑一样运行的人工智能机器人。在这种程度上，机器和生物之间的界限变得非常模糊。目前这只是一种想象，未来会发生什么还有待观察。

问:量子技术何时会“飞进普通人的家庭”？

答:量子通信已经用于金融和*事务系统。每个人乐观地使用它需要10到15年的时间。这需要对网络基础设施进行改造，还需要制定标准。当时，个人网上银行、手机支付、信用卡等。不再害怕被抢劫，像“棱镜门”这样的泄密事件也不会发生。

然而，量子计算仍处于基础研究阶段，在前进的道路上面临着巨大的挑战。我想知道它能否在20到30年内初步应用。一旦取得进展，其意义将极其重大。

问:量子科学和技术将带来什么样的未来？

答:量子科学和技术实际上已经影响了我们日常生活的方方面面。我们目前广泛使用的计算机、手机、互联网、时间标准和导航，包括医院的磁共振成像，都受益于量子科学和技术。

从发展的角度来看，随着微纳加工、超冷原子量子控制等技术的不断进步，人类将能够制备出各种功能越来越复杂和强大的人工量子系统，如包括量子计算机芯片在内的各种量子电路，其功能和信息处理能力将远远超过目前使用的经典芯片，并将更加节能。如果期望准备达到量子极限的能量收集和转换装置，能量转换将被触发。也有望大大提高时间、位置、重力等物理量的超高精度测量，不仅实现超高精度的潜艇定位和医学探测，而且加深对物理学基本原理的理解。

简而言之，量子科学和技术的广泛应用将最终把人类社会带入量子时代，实现更高的工作效率、更安全的数据通信和更方便、更绿色的生活方式。

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