《三體》裡的智子與量子糾纏效應

2020-12-01 迦藍baby

在《三體》小說第一部裡,三體人製造了四個智子,其中兩個智子發射到了地球,幹擾地球的科技進程。另外兩個智子留在在三體世界。小說裡,三體元首問三體科學執政官:

最後一個問題:為什麼不把已有的四個智子全部發往地球呢?

科學執政官回答:

量子感應是超距的,即使四個智子分處宇宙的兩端,感應照樣可以在瞬間傳遞,它們構成的量子陣列依然存在。把三號和四號智子留在這裡,它們就可以實時接收位於地球的一號和三號智子發回的信息,這樣就實現了三體世界對地球的實時監視。同時,智子陣列也使三體世界能夠與地球文明中的異己分子進行實時通訊。

在量子力學中,有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關係,不管它們被分開多遠,都一直保持著糾纏的關係,對一個粒子擾動,另一個粒子(不管相距多遠)立即就知道了。

量子糾纏已經被世界上許多實驗室證實,許多科學家認為量子糾纏的實驗證實是近幾十年來科學最重要的發現之一,雖然人們對其確切的含義目前還不太清楚。量子糾纏在量子通信的研究中起著重要的作用。

所謂量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。構建一對具有糾纏態的粒子,將兩個粒子分別放在通信雙方,將具有未知量子態的粒子與發送方的粒子進行聯合測量(一種操作),則接收方的粒子瞬間發生坍塌(變化),坍塌(變化)為某種狀態,這個狀態與發送方的粒子坍塌(變化)後的狀態是對稱的。

量子糾纏證實了愛因斯坦不喜歡的「超距作用」(spooky action in a distance)是存在的。量子糾纏超越了我們人生活的三維時空,不受三維時空的約束,是非局域的(nonlocal),宇宙在冥冥之中存在深層次的內在聯繫。這與我們人的意識作用非常相似!在對人類的研究中,人們經常注意到雙胞胎有同感,這個同感是超距且瞬時的。用雙胞胎之間的超距瞬時同感,可以用來類比量子糾纏。

曾經看新聞,說中國成功突破了黑障通信。所謂黑障,就是當航天飛船的返回艙以超高速進入大氣層時,由於空氣阻力和摩擦力會產生激波,使返回艙表面與周圍氣體分子呈黏滯和火燒狀態,溫度不易散發,形成一個溫度高達幾千攝氏度的高溫區。高溫區內的氣體和返回艙表面材料的分子被分解和電離,形成一個等離子區。這個等離子區就像一個套鞘似地包裹著返回艙。由於等離子體能吸收和反射電波,會使返回艙與外界的無線電通信衰減甚至中斷。這種現象就稱為黑障。黑障持續大概3分鐘時間。

中國宣布成功解決黑障通信問題,應該採用的就是量子通信技術。後來我國又發射了量子通信衛星「墨子」。

《三體》第一部成書於2006年,僅僅10(2016)年後,基於量子糾纏的量子通信就獲得成功。既為自己的祖國自豪,也敬佩作者劉慈欣的遠見。

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    1970 葉文潔發現太陽的能量鏡面效應與增益效應。1971 葉文潔第一次向太陽發送信號,但未發現回波。1973 葉文潔與楊衛寧結婚。1975 三體得知了人類文明的存在。1984 三體收到了葉文潔回復的信息,地球位置被確定。智子工程啟動。1985 伊文斯得知了三體的存在並建造第二紅岸基地「審判日」號。1986 程心出生。1987 紅岸計劃退出歷史舞臺,基地被撤銷。
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    量子糾纏很不同卻也難以理解,不過也有方法可以讓它很容易被理解。加拿大多倫多大學的艾瑪爾(Amar Vutha)的解釋如下:圖解:糾纏是粒子性質間的一種「量子糾正」。(示意圖如上)量子計算機、量子密碼學和與量子相關的東西都經常在新聞中被報導。關於他們的文章不可避免的都會提到糾纏,量子物理學的性質使得這些神奇的裝置成為現實。愛因斯坦將糾纏稱為「幽靈般的超距作用」,這個名字逐漸被人們了解認識。遠遠超過建造量子計算機、在其他方面理解和利用糾纏也是非常有用的。