量子行为神奇中的理论问题

科学家说：“在量子世界里，量子就和孙悟空一样，会分身术，可以在两个不同的空间内同时存在。它也可以驾筋斗云，把客体信息，用量子隐形传态的方式从一个地方传到另一个遥远的地方。”这样的能耐不就是有神的法术或就是神吗？封神来源于古老的传说和创作，归根结底还是人造出神。其实，当今量子所表现的行为超越以住的神仙，例如科学家说量子纠缠能以瞬间飞越十万光年的银河两端，孙悟空用一个筋斗十万八千里来比试肯定他翻不起。能够发现和利用量子的神，终归为量子科学家神乎其神。短短十几年，我国量子科研突飞猛进，超英越美，后来居上，取得了量子密钥量子隐形传态反事实量子通信量子计算机等一系列领先世界的成果，大众赞美如潮，量子科学家被吹捧再高也不是不合适的。（本文未注明的引用都是科学家的话）

一、量子纠缠好神奇

量子纠缠，是爱因斯坦、波多尔斯基和罗森塔尔质疑量子力学完备性，在1935年提出的被称为爱波罗悖论的论断。爱因斯坦等人通过思想实验在理论上发现量子有纠缠的特性，却解释不了这种纠缠的鬼魅般隔空作用。实证的出现，说是在一九八二年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特实验组经过实验，证实了微观粒子之间的确存在着“量子纠缠”关系。

量子纠缠态不是自然存在的，自然界里的粒子状态基本都是杂乱无章的混合态，需要人工制备成纠缠态，即要人工改造成两两或两个以上的纠缠态，让量子纠缠起来才好使用。若这样，可不可以说量子纠缠不是自然规律是人工规律。还有问题是，迄今有关量子行为的科研都是用光子，把光分成小份充当光量子，还没有人用实在的粒子如质子、中子或电子制备量子和量子纠缠。这不知是量子应用没到粒子阶段还是超越了粒子阶段。

量子会发生纠缠，量子学家解释是量子是非定域事物，非定域就是不受通常的时空限制和影响。非定域性来解释非但没有说明为什么量子会纠缠，而且还等于否定了量子传输受环境的时空变数影响。爱因斯坦早就指出：量子纠缠所体现的量子力学非定域性与作为经典物理学基本观念的定域实在论之间存在根本矛盾。此说没说量子行为有错但也不被量子力学所接受。有些莫名其妙的是，不知量子学家为弥合这个矛盾还是顾忌爱氏伟人的名气，每每表示量子的某种行为时总要声明没违背爱因斯坦的什么什么，其实你的理念违背了相对论爱因斯坦也不见得说你错只是认为你的理论不完备而已。

量子纠缠极易遭到破坏，“其表现为，对一个粒子的测量，可以导致整个系统的波包立刻塌缩，因此也影响到遥远的与被测量粒子粒子纠缠的另一个粒子。”“这个现象是因为在量子力学的层面上，在测量粒子前，你不能定义它们，因为它们是一个整体；不过在测量它们之后，它们就会立刻脱离量子纠缠这状态。”量子因人工制备有纠缠，又因人的测量损坏纠缠状态，损坏分不彻底破坏和彻底破坏，可能与观测的轻重有关。

量子纠缠被破坏不彻底的情况：“当两个电子之间形成纠缠时，事情就会变得非常有意思。它们的状态应当是同时处于朝上或朝下的叠加态，但在被观测时，则总是表现为一个朝上，另一个朝下的状态。这两者之间建立了某种完美的关联性，当你观测其中一个粒子，那么此时另外一个粒子就会自动变成与其相反的状态。”处于纠缠态的两个量子，根据量子力学的“不确定性原理”，在被“观测”之前，其状态是“不确定”的，但二者的状态是一致的。一观测就变态了，由相同的某种状态变为不相同或说相反的状态，是由一种纠缠变为另一种纠缠，看来量子态转变有时还是有规则的，有规则就有用处，量子纠缠的有用应该在规则上。

量子纠缠被彻底破坏的是：“一旦确认该光子对是纠缠的，纠缠也会因此测量而消失。”人类一测量，量子就脱离了纠缠状态的行为，似乎量子有人情味害羞，好像恋人初次拉手或拥抱被人撞见立即分开一样。测量粒子状态要用仪器，不同与测量物体形状那样用尺或其它工具可把被测量物翻过来掉过去的接触测量；比测量更简单的是观测，观看的时候对量子的大致行为估摸一下。量子纠缠因测量破坏而消失。好不容易生成的纠缠态一测量就消失，一看就没了，为什么纠缠态被破坏跟纠缠态为什么成立同样是说不清道不明。人的测量或观测把量子纠缠破坏了，量子行为也就失效了，若想利用量子行为还要重新发放量子纠缠。

量子纠缠神奇，但对纠缠有影响的“观测”表意不明确。观测破坏了量子纠缠，观测是何种行为？顾名思义，观测是观看测量，观看是动眼，测量是动手。动眼动手的重点不能在动眼上，而应该在动手上，动手也就是某种操作使量子受到扰动，因为任何动手总要用眼看着，“观”可省略。观测的“观”难免给人以误解，使人认为眼睛一看量子状态就变了，其中的“测”因有观字引领，也容易理解为看着估量一下量子的变动幅度和方式，忽略动手行为不认为是测量。实际上，不用观测用测量也不太合适，量子发生纠缠了你还要测量纠缠的程度吗？纠缠程度弱量子行为效果不佳，不能通过测量改变，只能放弃重来。

“量子纠缠的作用速度比光速还快。最近完成的一项实验显示，量子纠缠的作用速度至少比光速快10,000倍。”这话说的玄了点，要把人们的理念引入新的误区。准确测量光速就不易，比光速快一万倍还能够准确测出来，试验者要比量子神一万倍。其实，量子纠缠若真的存在，也没有超光速问题。因为纠缠态不可能是传递过去的，即没有一个从A量子到B量子的运动转移过程，而是两量子以感应方式跨越空间的直接干涉或影响。

二、从量子隐形传态到反事实量子通信更神奇

量子隐形传态是量子纠缠的一种奇妙应用。据说这种技术已被“实验所验证，已成为量子通信等的重要物理基础，已开辟出具有潜在应用价值的新技术”。一个“潜在”，可包罗万象，今后无论什么新技术都可与量子挂钩都要受量子的恩惠，此说即表现出量子的神通又表现宣传者的高明。

科学家说：“量子纠缠，通俗讲有点像心电感应，比如说我俩现在见过面，已经达成一些默契，然后我回合肥，你在杭州，你特别高兴的时候我也会特别高兴，你特别痛苦的时候，我也会特别痛苦。”量子隐形传态，利用量子纠缠，传的是一个人的态度如高兴或痛苦，而不是把一个高兴或痛苦的人传过去。其实，传输一个人的高兴和痛苦的心情体现和感观表现的难度肯定小于传输一个人，因为一个人态度是变化的不是固定的，说不定有碰巧的变化契合了纠缠态的变化。

量子隐形传态，不需要量子显身露面，好像只要量子在背地操作就行，实际量子在背地也没什么动作，是人操作了传态而没有操作量子，因为量子一操作就变态，所以不能随意摆弄量子。隐形传态传输的不是量子本身，而是传输量子的“态”，这个态或许算作量子喜怒哀乐的表情态度，实际是量子的状态或某种动态。量子态有多少种不好预测，现在能据说的有上旋下旋左旋右旋等不同方向的“旋”。

量子隐形传态是一种全新的通信方式。它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息，在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带输送，就能在另一个地方神秘地出现。这种隐形的传输，被人用与量子无关的常规事物演绎得出神入化，如说“存放着机密文件的保险箱被放入一个特殊装置之后，可以突然消失，并且同一瞬间出现在相距遥远的另一个特定装置中，被人方便地取出”。这种现象叫隐形传态似乎意味着“传”了过去，实话说更像神话中物的无形搬运。

超越量子隐形传态的是反事实量子直接通信。“所谓‘反事实’，就是与人们日常生活经验不同，传输任何信息都不需要通过实物载体，如信件、声波、电磁波等。”此等神奇的理论和设想由量子光学专家M. Suhail Zubairy小组于2013年提出的理论设想，认为通信双方之间不进行信息载体实物粒子的交换，利用量子也可以实现信息传递。这时所谓的量子传输不是量子从这端到那端携带什么，而是量子在这端变化了另一端纠缠的量子跟着变化。

我国在反事实量子通信研究上又领跑世界，“研究团队实现了技术突破，使用先进的相位稳定技术，首次研发出复杂的嵌套和串联的单光子干涉仪，并成功传输了一张100×100 像素的中国结图片，传输正确率达到了87%。”有了这87%，何愁没有100%。相信在科学家的努力下，完整完美的空对空传输一定能实现。反事实量子直接通信引用了量子芝诺效应，其实挂靠古老的不成立的所谓芝诺悖论，起不了实在的作用。

古希腊数学家芝诺提出一个"飞矢不动"的悖论。这个悖论说：一支在空中飞行的箭，其实是不动的，因为箭在每一个瞬间的时刻都应该是静止的，那么无数个静止的组合还应该是静止。如此分析好像陷入静动两难的境地，其实陷入误区。芝诺的论断不是悖论是谬论，他认定箭在每一个瞬间的时刻都是静止根本不对，因为瞬间是时间概念不同于无过程的时刻概念。用“每一个瞬间的时刻”来定义静止逻辑混乱站不住脚，因为语义上瞬间和时刻不可共用。就算说的是时刻，每时刻箭的影像即照片可认为是静止的，但每帙照片所在时刻的空间位置是不同的，表现箭在空间不静止于一个位置；箭的运动过程要经过无数个时刻，这无数个时刻连起来是一段时间，每时刻静止的箭的影像成一帙帙照片连续播放便合成箭的运动。况且飞矢的“飞”，已说明矢是运动的，你用某时刻表示飞矢的位置，只能说飞矢运动到那个位置，不能说飞矢在那个位置静止不动。

那个不成立的悖论的形式被量子行为不当借用并当作效应没有必要。所谓量子芝诺效应：“在量子力学里，如果一个不稳定的量子系统被连续不断的观测，其状态就会被冻结为一个定态，不会随时间向其他的态演化。”此效应若是真实的，就应该叫量子冻结效应，不必打着芝诺的旗号。从此话也看出，反事实通信并没有传输什么，而是这端有什么事物表现另一端就有什么表现。这一且都要归功量子纠缠的神通广大无所不能，它无论作出多么不可思议不可理喻的事都不用找个理由和根据。

三、量子行为理论上突出的问题

量子的原意是指不连续的一份份最小单元的能量，也叫能量子，最先由普朗克提出。后来爱因斯坦效仿能量子提出光量子概念，再后来光量子省略了“量”字叫做光子。人们不满足量子的能量子光子构成，扩展为构成物质的分子、原子、电子等粒子统称量子，于是也就把微观粒子世界看作量子世界。

量子的种种超凡脱俗的神奇表现可叫做量子行为。量子行为理应为粒子所特有，不可理解为粒子在经典力学或电磁学世界中有一种行为，在量子世界里又有另一种行为。量子纠缠的行为是爱因斯坦提出，而他老人家是搞虚拟理论的行家大家，受他的影响，科学理论上常将虚拟事物的产生的原理和规律成了正当正常的行为或作为；但愿科学试验别虚拟，有些量子行为若也是人们虚拟出来的将来笑话可要闹大了。

其实，没人能把光分解为一个个球粒子状的光子，只能把光分成一份份，人们把这一份份光即叫做光子或量子，科研所使用的量子即一份份的光而不是原子电子等粒子。若量子还是以粒子为载体的一份能量，粒子携带能量有多有少，不一定只带一份，比方说一个粒子上携带几份能量，能不能说一个粒子里有几个量子呢？不可，因为通常的粒子只表示一个量子。随着量子力学的发展，量子的粒子特性弱化了，一份能量甚至抛弃了，量子几乎成为独立之神物，好像不再依赖于一个粒子或一份能量。

量子纠缠有两种不同的说法：一种说法是，“理论上说的‘纠缠’，好比两人相处两地，各执一枚骰子，当这两枚骰子处于纠缠态时，两人将骰子抛出，最后两边得出的结果将完全一样。”另一种说法是，“两个粒子相隔十万光年，只要观察到其中一个粒子的自旋为向右，那么即使在十万光年外，也能立即确定另一个粒子的自旋为向左，或者一个粒子向上运动，那另一个即为向下运动。”这两种说法，究竟是两个纠缠的量子是动作相同还是动作不同（动作相反对称），说法不太明确。量子纠缠实在神秘，有许多看起来随机应变的不确定问题不足为奇也要明晰一些为好。

“量子纠缠十分脆弱，环境会不可避免地破坏其量子特性而使‘纠缠’消失掉，即两个纠缠的量子客体最终会演化为不纠缠的状态，非局域关联完全断开。所谓环境不仅包括经典噪声，诸如热运动、吸收、散射等，还包括量子噪声，即真空起伏，即使我们有办法将经典噪声完全隔绝，量子噪声仍无法消除，而且无处不在。”环境破坏量子特性的说法很玄，经典噪声说法等于非定域的量子回归定域；量子噪声不可能是量子被测量刺激时发出的呻吟，可能要算作是真空（科学家幻想认定真空有内容的不是一无所有）起伏产生摩擦发出的噪音。这些问题若真的存在，原先的量子纠缠功能还是被人们夸大了理想化了。

科学家说：不管两个粒子相距多远（哪怕银河系两端各有一个）都能发生瞬间互动。在这个前提下，再加上量子不食人间烟火不受世俗的干扰，量子纠缠态的品质应该不受影响。然而，科学家又说：两个粒子之间的纠缠会因传播距离的增大而不断退化，其系统纠缠数量也会随之越来越少。后一种说法等于否定了前一种说法，二者矛盾不可兼容。量子纠缠会退化不能传输太远，说明量子行为还没超越“定域”。 若一定产生这种现象不知是量子理论的“定域”与“非定域”发生了纠缠还是量子弃神作妖魔高一丈。对于上面问题，科研要采取的措施是防量子纠缠退化使其纯化或加中继站，这样给量子科研陡增难阻不说，要紧的是量子由神奇退化为平常。

“在量子世界里，量子就和孙悟空一样，会分身术，可以在两个不同的空间内同时存在。”分身不就是一分为二吗？由一个量子分为两个相同的量子，这等于说量子能够自我克隆，明显违背了量子不克隆定理。量子不克隆定理，指“量子力学中对任意一个未知的量子态进行完全相同的复制的过程是不可实现的”。这个定理描述得很实在也平常。是的，对未知的事物及状态克隆复制，比盲人摸象还缺乏感知基础，“未知量子态”若有克隆就像让一个画家画一个不认识没见过的人一样，一个不被了解的不被人所知的事物若能复制克隆就是神知神觉了。所谓的量子不克隆定理没有揭示出什么深刻的道理，就不应该算作定理，不可让它招摇撞骗蒙蔽束缚科学家的眼界和思维。

量子行为不光是加密传输，还在于能计算上。关于量子计算机的神奇，科学家说：“求解一个亿亿亿变量的线性方程组，利用目前世界上最快的天河二号超级计算机需要100年，而利用计算频率还低一万倍THz的量子计算机，只需0.01秒。”公众闻言莫不欢欣鼓舞高唱颂歌，但也有几个人说了不合时宜的话。甲人说：一亿个科学家每人每年列一亿个变量的线性方程组也要一亿年完成，那样的方程组求解什么问题呢。乙人说：不会用量子计算机列这样的方程组吗，可能用不了0.1秒。……丁人说：别猜疑啦，科学家的豪言壮语哪能细究哇。

结束语

上世纪八十年代，我国的《科学画报》杂志刊登美国人科幻作品《苍蝇》，讲述这样一个故事：科学家自己作量子传输分解时混进一只苍蝇，结果在复原时出局部差错导致苍蝇的眼睛长到科学家头上，在找不到长有人眼的苍蝇再共同分解以求正确还原的情况下，科学家无法生活无法见人便让妻子开汽锺把自己的头砸碎。这个故事的人物量子传输可能要变为现实。因为中国顶级量子科学家高瞻远瞩语重心长地告诫人们：“为什么我们不可以大胆一些，不可以想象：由各种各样分子组成的人，也可以在瞬间，带着他所有的记忆，带着他的品质，带着他的痛苦和欢乐，甚至包括感冒，传输到遥远的地方？”看了如此骇人听闻的语言文字，不由得连打了几个寒战——真为我们的量子科学家担心！

作者：郭连成

2017年7月13日 于吉林扶余