神奇而怪異的量子隱形傳態.地球發現者

文化編年史 2024-05-03 22:48:39

以前,可能在我們的概念當中,在物理、天體這方面的科技上面,可能我們國家的科學家沒有歐美的科學家那麽厲害,有的時候會有這樣的想法,但是其實現在中國在物理學這方面,其實也是走在了國際的頂尖位置,我剛才看到關于國際物理學上非常重大的一個突破,就是中國的科學家實現了單個光子的多個自由度的量子隱形傳態。

這樣的題目,對大多數的讀者,或者甚至于是對科學愛好的一些群體來說,其實也不是很懂,其實說穿了,如果不是專門研究這個的物理學家,估計可能也解釋的不是很清楚。爲如果說是愛好科學,或者是愛好文明的起源。

這個看上去可能跟文明起源人類起源沒有關系。但是我覺得目前微觀世界,最小最小的組成部分就是傳動狀態。這個其實從最小的入手,有可能會拓展到整個的宏觀世界,可能會說不定你還會從這個方面、這個角度去發現文明的起源來自于哪裏,這是我自己在想這個事情,這麽聯系的,但是具體是怎麽樣的,我覺得可能需要更多更多的發現我們不知道的信息,最終來確定這樣一個結果結論。

這個非常重大的發現,成果是在于多個自由度的量子隱形傳態,因爲在這之前在國際上面已經實現了單個自由度的量子隱形傳態。

自由度、隱形傳態這每一個詞的含義和概念是什麽意思?

量子,其實大家可能一直聽到比如量子物理學或者怎麽樣,但其實真的要問什麽是量子,可能我們候是懵的。

打個比方,像上台階一樣,只能一次上一個台階,而不能上半個台階,也就是說,在上台階這件事情上,一個台階就是最小的不可分割的基本單位。因爲在這之下就沒有更小的基本單位,那量指的就是最小的不可分割的基本單位,這個量就是量子化的,那這個最小的單位,就叫它量子。

我們正常平時所說的世界,也可以想象是可以無限可分的,就像宇宙化是無限的,我們目前所處的世界也是無限可分的,那微觀世界裏面,有很多的物理量是量子化的,比如說原子當中電子的能量,那就是最小的一個能量的單位,所以他們在描述微觀世界的理論必然是最終要變,要是量子化的這個理論,就是量子力學,量子力學就是准確的描述微觀世界的理論,那反過來說,其實宏觀世界,我們所處的宏觀物質,整個世界上所有這些可見的東西,其實它們也都是由微觀粒子組成的,所以,你要是對宏觀世界進行一個准確描述,到最後也必然會涉及到,都會切入到那個點,就是量子力學,因爲畢竟所有的宏觀物質都是由最小最小的那個單位,也就是說量子來組成的微觀粒子,我剛才前面提到其實所喜歡所感興趣的關于文明的起源,到最後也必須肯定是要聚焦到最小最小的那個點,目前來說,我覺得暫時從目前來說,可能那個點就是量子,因爲量子之下到底是不是有別的點,更小的點,微觀的更小的,我是覺得也很難說,因爲在不同的科學發展的過程當中,大家一直認爲所發現的那個最小的東西,其實裏面還有更小的東西,一直在不斷的往前發展,就有點像是宇宙這種無限制的這樣範圍概念來講,這個最小的這個量子的概念,好像也是不斷的可能會發現一些新的東西在裏面,這個就是量子。

那麽隱形傳態是什麽?這其實是一個在1993年提出來的方案,比如說有兩個粒子,粒子A和粒子B,粒子A的所未知的量子態是最小的,它的量子態傳輸到遠處的這個粒子B,它們倆是中間是相隔一段距離的,讓粒子B的狀態變成粒子A開始的那個狀態,這個時候要有一個概念,就是它並不是一個複制,因爲這個狀態就是說傳送的是離子A的狀態,而不是把離子A傳送過去,它們倆的空間位置沒有變化值,粒子A和粒子B還是在原來所處的位置,但是,粒子A的它的狀態變到了粒子B的身上,就是粒子B變成了粒子A的狀態,但是粒子A還在原處,但是它已經不是開始的那個狀態,它的狀態已經變成了另外一個狀態,可能是未知的,所以,在任何時刻都只有一個粒子是處于這個目標狀態,而不是說複制了這個狀態,它並不是說把粒子B的狀態變成了和粒子A兩個都是粒子A同樣的狀態,而是狀態轉移到了粒子B的身上,但是粒子A的狀態呢,已經不是原來的狀態了,所以這是一個,破壞性的複制,就是把它的狀態變到了B身上,但是A原來的狀態已經變成換了一個狀態,原來的狀態已經沒有了,我們宏觀世界,比如複印一個東西,或者現在3D打印機打印出一個立體的物質,都很容易,但那是複制。

我們可以把東西完全一樣的複制出來,複制出來一個複制品,原件還在,可是量子力學當中的隱形傳態就是它不是複制,它只是把粒子A的狀態變到了粒子B的狀態。

粒子A的狀態改變了,而且這個變化很快。

有的人把它想象成在一些科幻片裏也會出現,在這個空間瞬間移動到了另外一個空間,好像感覺速度可以超過光速,超過各種各樣的速度,推翻相對論,但物理學家說這是錯誤的,因爲在這個隱形傳態的方案當中,它有一步就是把這個重要信息從A處傳到B處。利用這個信息,把粒子B的狀態變成一個所需要的目標狀態,但是,它這個信息傳送的時候,用的還是經典的信道傳送,比如說打電話、發郵件或者各種各樣的這種傳送方式,但是速度是不能超過光速的,目前來講可以確定就是整個隱形傳態的速度是沒有辦法超過光速的,還有人可能會想象這個隱形傳態就有點像電影裏面的這個傳送,可以把人瞬間的傳移到傳送到很遠很遠,你想到的任何地方、任何空間,這個時候有的人還在擔心,這個人複制過去之後,那原來的肉體,原來的自己這個肉體,意識各方面就很難去,這裏面有一個倫理,你不可能複制出兩個一模一樣的人,而且有一模一樣的同步的思維,這個是不可能的,因爲首先目前,它的狀態就是量子隱形傳態,是用不高于光速的速度,破壞性的把一個粒子的未知狀態傳送給另一個粒子,就打個比方,如果用顔色來代表它的這個狀態,未知的狀態,假如粒子A是紅色的,那通過隱形的傳態,我們可以讓很遠的地方的粒子B變成紅色,可是粒子A,它不再是紅色,它可能是綠色,所以物理學上面我們完全不需要知道這個粒子A最初是什麽顔色,這個紅色我們不知道,不管它是什麽顔色,這個隱形傳態都可以保證讓粒子B變成粒子A的顔色,但是,粒子A原來的顔色變掉了,我們可以通過粒子B了解到粒子A的狀態,而我們不需要知道A是什麽狀態,我們只要通過B就可以知道了,通過B我們知道粒子A原來是紅色,但是這個時候粒子A已經不是紅色了,所以粒子A的狀態我們永遠都不需要去知道,不知道大家能不能理解這樣一個概念。

就是說其實這樣的傳送,破壞性的傳送或者複制,其實在很多領域都可以帶來顛覆性的科技,但是,在之前國際物理學界,是實現了單個自由度的量子隱形傳態。

自由度需要再解釋一下,自由度是什麽呢?自由度就是描述一個體系所需要的變量的數目,打個比方說,有一個靜止在一條線上的粒子,那描述它就只需要一個數,那它的自由度就是1,如果說是靜止在一個面上的粒子,因爲它是兩維的,所以自由度就是2,線的話,只需要描述一個數就可以,但是面上面可能需要兩個數字來描繪它,那自由度是如果是三維空間的靜止的就是不動的粒子的話,自由度是3,因爲它有3維,但是如果是描述三維空間裏的一個運動的粒子,那運動的粒子就需要知道它位置的3個分量,還有一個動量的3個分量,因爲它是運動的,這個時候自由度是6,作爲光子來說呢,它具有兩個動量,自旋角動量和軌道角動量,這兩個詞沒必要去弄明白,只要知道它光子它是兩個自由度就可以。

當時,在1997年的國際物理學界做了一個實驗,他們把光子的一個動量就是自旋的這個動量也就是說從粒子A傳送到了粒子B,就做了一個自由度的這麽一個隱形傳態實驗,此後,有很多體系的各種自由度都被傳輸,但是每一次實驗都只能傳輸一個自由度,所以在這之前一直沒有實現多自由度的量子的隱形狀態。

因爲什麽呢?因爲傳輸一個自由度就只是傳輸它的一個狀態,當然也是很厲害了,因爲你把它無端端的從A把它破壞性的複制到B,很厲害,但是它只有一個演示的價值,如果需要使用的話,你必定是要傳輸多個自由度。

只有傳輸到多個自由度,才可能把這個粒子的所有的信息隱形傳態到粒子B,而且,科學家認爲這在理論上是完全可以實現的,說理論上可以實現多自由度的一個隱形狀態,打個比方假如說粒子A,它有兩個狀態,就是兩個自由度是顔色和形態,它比如說是紅色的正方體,從理論上來說,就可以把它的紅色的正方體這個狀態瞬間的複制到粒子B這邊,把粒子B變成一個紅色的正方體,看到粒子B在已經傳帶之後,就可以知道粒子A這個目標原來的狀態是紅色的正方體,但是這個時候B變成了粒子A的原來狀態之後,粒子A的狀態就已經變掉了,具體可能是變成綠色的球體,也可能是變成其它的狀態就不知道了。所以,這個理論上是可以實現的,但是跟傳輸一個自由度相比有極大的困難,因爲這個隱形傳的實驗一般需要一個傳輸的量子通道,那這個通道,是由多個粒子組成的,這些粒子組成之後糾纏在一起,就讓一個粒子狀態的改變立刻會造成其他粒子狀態的改變,物理學上屬于糾纏態,那制備多粒子的糾纏態已經是個非常困難的任務,因爲它要傳輸一個狀態的話就非常困難,要傳輸多個粒子的自由度,多個自由度的話,一個粒子的多自由度的話就要具備多個粒子的多個自由度,大家可以腦補一下,這可以說是非常非常困難,所以在單個自由度的實驗上,已經正式可以傳輸之後,隱形傳態之後多個兩個自由度以上的就再也沒有人做到過了,那後來,中國的研究小組攻破了這個難關,他們搭建了6個光子的自旋軌道的角動量糾纏實驗平台,而且他們實現了自旋就是光子的自旋和軌道角動量的同時傳輸,這是目前來說是非常重要的大的突破,因爲從97年到現在已經將近20年,才實現了從一個自由度到兩個自由度的一個同時的隱形傳態,不知道大家是不是跟我一樣,都有那麽簡單的一個理解,因爲實際上在真正的物理實驗,或者論文裏面,會有更多的可能讓普通人沒有辦法去理解的一些描述,但是我覺得我們了解到大概的意思,已經夠了,因爲每個人都有他專門的研究方向,科學家研究組有很多的設備,很多的人,他們就是研究這些具體的一些能夠改變科技的實驗。

我們只需要享受他們這個實驗帶來的進步,通過他的實驗的證實,讓我們的普通的愛好者,會産生更多的自由度更大的範圍更大的一些想象,我覺得這是最終的價值。這件事情其實就是說明了中國在量子物理學這方面也是已經是非常厲害了。

我相信這樣一個實驗,如果再深入下去,有可能中國這個團隊不久之後就會得到物理學這方面的一些國際獎項,非常的厲害。

物理學家都是一群讓人佩服的地球發現者,這是我對他們新的定義,地球發現者或者說是宇宙發現者,因爲沒有他們,我們可能對這個世界,對這個宇宙,可能了解的跟現在比都是很小很小的一部分。

說明:上面是十年前的個人了解和當時想法,現在寫出來,感覺我的想法還是挺超前的。同時,以上全部內容均爲個人理解,並不專業,但是可以供需要的人參考。

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