与经典物理学和其他许多学科不同,量子论特别违反常识和直觉。一些看似不关联的现象竟能结合成一体,让人哭笑不得,如此无厘头的理论,如何理解?
我们回头看20世纪初的物理学发展,只觉得充满了革新、传奇和英雄豪气,但当事者们仍避免不了被自身的固有思维所限。
量子通信:“不可拦截”的密钥
或会给加密技术带来革命性的变化
量子科学实验卫星的另一个任务是进行量子通信实验,这是量子纠缠应用领域中比较接近现实的一个。它的要点是特别安全,传统窃听手段原则上对量子通信没有用。加密的信息好比上了锁的箱子,用特定的钥匙才能打开。以当前的加密技术,只要付出足够的努力,钥匙理论上是可以拦截到的,只看效率高不高罢了。
而量子纠缠则提供“不可拦截”的钥匙。做法是并不刻意防止别人窃取钥匙,而是一旦有人这么干,通信双方必然能察觉。量子卫星制造两个纠缠的光子,分别发给通信的双方。双方对各自接收到的光子进行随机检测,用明文通信对比检测结果,看看两个光子是不是纠缠的。如果有人中途拦截光子,其观察行为会破坏纠缠状态,让钥匙作废——你偷呗,偷到就没用了,我换把新钥匙。
从理论到实践尚有很多技术困难,但总的来说,量子通信还是比传统通信要安全得多,可能会给加密技术带来革命性的变化。近年来量子通信已经有一些小规模应用,中国发射这颗卫星是要率先搞个大动作,着手建设全球范围的量子通信网。有外媒评论说,这是“将顶尖研究转化为中国的全球力量战略资产的一个里程碑”。
量子计算:魔法般的高速计算
量子计算机会比传统计算机快亿万倍
量子纠缠还有一个更了不起、但也更遥远的应用领域:量子计算。传统计算机离它的理论极限似乎已经不远,其中既有物理学导致的硬件局限,也有算法方面的软件局限。
对一些运算量特别巨大的问题,传统计算机需要消耗的时间长到人类等待不起,甚至宇宙都等不起,目前看来量子计算机是唯一可能的出路,它会比传统计算机快亿万倍。
传统计算机算法基础是0或1的状态,而量子计算机则可以实现“既是1又是0”,多个纠缠在一起的量子比特能同时实现指数级别递增的运算威力,轻易碾压传统并行计算。
当然,研究还处在非常基础的阶段,很多问题尚待解答:用什么制作量子比特?怎么让它们维持那脆弱而短暂、特别容易遭到干扰的量子态?怎么对它们进行编程?制造量子计算机是不是需要有别于传统计算机的全新思路?用传统计算机发展历史来比拟的话,量子计算大概处于还在研发真空管的时代,让我们等吧……
记者 王艳红
(新华社北京8月15日电)

