量子超光速通信，本文主要内容关键词为：量子论文,光速论文,通信论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
历史回顾
1864年，麦克斯韦创立了经典的电磁场理论，并预言了电磁波的存在。
1876年，贝尔发明了电话，开创了有线（光速）通信时代。
1886年，赫兹在实验上证实了电磁波的存在。
1895年，马可尼和波波夫独立发明了无线电通信，标志着无线（光速）通信时代的来临。
1905年，爱因斯坦创立了狭义相对论。根据这一理论，比光速更快的物质运动和信息传输都将被禁止。
1925—26年，量子力学诞生，它是人类认识微观世界的理论基础，也是20世纪物质文明的基础。
1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森论证了量子力学与相对论之间的不相容性。这一不相容性暗示了如果量子力学的预言是正确的，那么必然存在超光速响应。
1964年，约翰·贝尔提出了贝尔定理，阐明了利用实验来检验超光速响应存在的可能性。
1982年，阿斯派克特等人在实验上证实了超光速响应的存在。
1992年，斯奎尔斯提出了一种量子超光速通信的实现方法。
1994年，格林伯格实验显示了人脑之间存在超光速响应。
自从十九世纪末人类进入通信时代以来，人们就一直梦想着一种比光速更快的瞬时通信方式。在这种通信方式下，信息的传递不再通过信息载体（如电磁波）的直接传输来完成，而是通过一种类似于“心灵感应”的神秘机制，从而信息的传递不再受通信双方之间空间距离的限制。这种瞬时通信将不存在任何传输延时，它是一种真正意义上的实时通信。今天的科学已经为我们提供了这种神秘的机制，它就是量子非定域响应或量子超光速响应，而依此实现的通信方式被称为量子超光速通信。
存在超光速响应
相对论和量子力学无疑是二十世纪物理学最伟大的发现，它们构成了今天的物理学，乃至整个科学的两大理论基石，它们不仅使人类获得了对自然界的前所未有的深刻理解，同时它们所引发的技术革命，如激光的发明，电子计算机的出现等等，也深深地改变了人类的生活。
然而，相对论和量子力学却不愿“和睦相处”，一方面，相对论禁止任何比光速更快的物质运动和信息传输，另一方面，量子力学却允许某种神秘的超光速响应的存在。根据量子力学，在相互耦合的微观粒子（如电子、光子等）之间存在某种神秘的超光速关联，并且如果我们对其中的一个粒子进行测量，另一个粒子将会瞬时“感应”到这种影响，并发生相应的变化，无论它们相距多远。
这种量子超光速响应有些类似于我们通常所说的心灵感应，爱因斯坦将它称为“幽灵式的超距作用”，以表示他坚定的不信任态度。然而，大量的科学实验最终判定爱因斯坦的看法是错误的，它们证实了量子力学的预言，并显示了微观粒子之间的确存在神秘的超光速关联和响应，或者说，微观粒子之间的确存在着神秘的“心灵感应”。
今天，物理学家们戏谑地将量子力学与相对论的这一不协调性问题称为二十世纪末物理学晴空中的又一朵乌云。最近，中国科学院院长路甬祥院士在中国科协首届学术年会上又将这一问题列为了当代科学所面临的四大难题之首。
寻找超光速通信
当量子超光速响应的存在被证实之后，人们便很自然地想利用这种响应来传递信息，从而实现量子超光速通信。这方面引人注目的努力来自于美国物理学家赫尔伯特（N.Herbert），他试图通过复制光子的状态来破译量子超光速响应所传递的信息。然而，Wootters和Zurek很快就证明了他的复制方法是目前的量子力学理论所不允许的，他们的结论是单个量子不能被“克隆”。实际上，更为普遍的证明显示，目前的量子理论禁止利用这种量子超光速响应来实现超光速通信。
这些证明中一个共同的结论是，在目前的量子力学框架内，单个微观粒子的状态或单粒子态不可能被完全测知，同时，我们也无法区分任意给定的两个非正交的单粒子态。通俗地讲，对于相互耦合的两个微观粒子，当我们对其中一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态立刻发生相应的变化，但是理论却禁止我们测量出这种变化。因此，尽管粒子之间“进行着超光速通信”，但是我们无法获得这些被超光速传递的信息，当我们试图接近它们时，它们却奇怪地消失了。
因此，令人遗憾的是，尽管目前的量子力学理论允许超光速响应的存在，它却不能提供一种方法让我们实现超光速通信。
发现超光速通信
1992年，英国物理学家斯奎尔斯（E.J.Squires ）迈出了大胆的一步，他提出了一种利用修正的量子理论与自我意识功能实现超光速通信的方法。但是，由于量子测量问题没有真正解决，他的理论未能建立在坚实的基础之上，同时，斯奎尔斯也没有注意到他的方法与实验之间的可能联系。因此，斯奎尔斯本人并不确信超光速通信是可行的，而他的理论也未引起人们的广泛注意。
1999年，利用量子（非连续）运动理论，我们解决了量子测量问题，并独立给出了量子超光速通信的实现原理和实验方案。简单地说，我们以耦合的微观“粒子对”作为信息载体，将对其中一个粒子的测量操作编码为量子信息，并利用意识识别功能来区分另一个粒子的相应的量子态变化，以对超光速传递的量子信息进行解码，从而实现量子超光速通信。此外，我们还发现了所给出的实现原理与已有实验（主要指下面要介绍的Grinberg－Zylberbaum等人的实验）之间的内在联系。因此，一种不仅有理论依据，同时又有实验支持的量子超光速通信方式终于被发现了。
人们常说，只有思维比光更快。这句话在某种意义上是正确的，因为我们可以比光更快地传递信息，从而我们的想法，我们的思维便可以比光更快地传播。
利用意识来实现量子超光速通信听起来的确有点不寻常，毕竟在通信领域中我们一直只与物质打交道。但也许这是一件非常自然的事情，因为只有意识才能最终识别通信的内容，否则通信将失去它的意义；同时，意识的直接参与也的确可以使我们获得更多的关于微观粒子的状态信息，这些信息使我们可以区分两个给定的微观粒子状态，从而实现超光速通信，而这是普通物质测量仪器所无法做到的。
此外，意识参与实现量子超光速通信似乎预示了更加复杂的技术与仪器将需要意识本身的直接参与，而不只是通过具有意识的人来设计，这一思想将对未来技术的发展产生深远的影响。
当然，我们用于实现量子超光速通信的意识不必是什么高级的逻辑推理和艺术鉴赏等等，而只需是较低级的自我意识能力。
人脑超光速通信
目前，科学家们已经进行了一些实验来证明人脑之间存在量子超光速响应，其中最严格的实验是由Grinberg－Zylberbaum等人于1994年完成的。
在这一实验中，两个实验者互相认识之后被分别关在相距14.5米的封闭的Faraday室（这一装置用于屏蔽电磁波）中，他们的脑电图（EEG）通过仪器被记录下来。其中一个实验者接受100个闪光的刺激，在实验中科学家们发现，当这个实验者在刺激中显示出特别的激发势（DEP）时，另一个未受刺激的实验者也显示出类似于这一激发势的转移势（TP），并且双方都感觉到他们之间相互联系的成功结束。由于实验者通过Faraday室相互隔离，这一实验排除了生物场的影响， 因此严格地证明了实验者之间相互关联和影响的量子超光速特征。
利用我们提出的量子超光速通信的实现原理可以很好地解释这一实验，同时也证实了在这一实验中，实验者之间已经实现了最初级的人脑超光速通信。
走近超光速通信
实现量子超光速通信将是人类通信技术领域的又一次革命，并将深远地改变人类传统的通信方式和通信手段，尤其是它将为人类进入太空提供更加成熟的条件。另一方面，实现量子超光速通信的重要意义还在于它将对今天的科学理论，尤其是物理学理论的发展产生巨大的影响。实际上，量子超光速通信的实现将最终解决当今物理学中的一个最大难题，即量子力学与相对论的相容性问题。
与传统光速通信相比，量子超光速通信具有许多人们梦寐以求的优点。首先，量子超光速通信的线路时延可以为零，即与通信双方之间的距离无关，从而它是最快的通信方式；其次，量子超光速通信的信息传递可以不通过通信双方之间的空间，从而使通信丝毫不受通信双方之间空间环境的影响，即它是完全抗干扰的；第三，量子超光速通信可以使第三方无法进行干扰和窃听，信息载体完全可以只保存于信息的收发双方处，因此它是保密性最强的通信方式；最后，量子超光速通信将完全是环保型的，不存在任何电磁辐射污染。
当然，量子超光速通信的最终实现将需要量子技术、生物技术和通信技术的紧密结合。目前可预见的实现量子超光速通信的手段主要有两种，一种是利用量子耦合技术，其关键是制备出多粒子的量子耦合态，这项技术目前在实现上比较困难；另一种是利用生物技术，其关键是建立意识生物的意识器官（主要指人脑）之间的某种量子耦合态，一些实验结果已显示了这一方法的可行性。
相应地，目前的超光速通信研究正在两个方向上进行，其一是进一步寻找实验多粒子量子耦合态的方法和技术，这一部分工作可能需要长期的努力，其二是利用目前可行的生物技术实现量子超光速通信，这一部分研究工作可以很快地开展，并可能迅速取得成果。最近，美国已有两个小组（华盛顿大学）开始准备类似的实验。
另一方面，从长远观点来看，为了使最子超光速通信实用化，我们必须对人脑的意识识别过程进行深入的研究，以发现意识识别功能的处理单元，并进一步理解意识识别的机理。在此基础上，我们可以发展更先进的意识识别模拟技术，并借助于生物芯片技术的发展，将人脑的意识识别功能集成于一块微小的生物芯片中，从而研制出真正的量子超光速通信产品。当然，这对于今天的科学和技术无疑是一个深远的挑战。
应当指出，量子超光速通信的应用还将受到意识识别时间的限制，具体地说，由于人脑的意识识别时间约为0.1秒级， 目前量子超光速通信的通信速率一般只能为10bps。但是可以预计， 通过对意识识别过程的深入研究，我们可以发现意识识别的机理，并提高意识识别时间，从而将量子超光速通信的通信速率大大提高，并使它得到更广泛的应用。
未来通信一瞥
地球是人类生存的摇篮。由于地球的尺寸相对于光速来说很小，我们今天可以方便地利用光速通信进行相互交流，而不会感觉到光速所带来的有限时延。譬如，对于从中国打到美国的长途电话，由光速所引入的时延一般只为0.1秒级。但是，人类不能永远生活在摇篮中。 一旦我们离开地球去探索广袤的宇宙空间，光速通信的局限性便立刻显露出来。例如，如果我们的宇宙飞船到达距地球1光年的其他星球， 它与地球之间的无线（光速）通信便存在两年之久的时延，此时通信将基本上失去意义。因此，如果我们生活在太空时代，我们会很自然地相信超光速通信的存在，并且非常迫切地期望它的实现，宇宙不会让我们孤独，我们也不愿孤独。
现在，你可以插上想象的翅膀，为未来的通信时代勾勒一幅你自己的图画。那时，传统的有线和无线通信将成为人们的回忆，而超光速通信将成为通信技术的主角。利用超光速通信，空间距离将不再成为通信的障碍，人们可以在相距任意遥远的地方进行实时交谈。未来的超光速通信将完全是个人化的（不必通过任何交换连接设备），完全保密的（无人可以窃听），抗干扰的（不受通信双方之间的环境影响）和绿色的（无任何电磁辐射污染）。
人们甚至可以设想将生物芯片植入大脑，实现真正的人脑超光速通信！这些并不是不可企及的梦想，科学也许在未来的二、三十年里就会带你走进这样神奇的超光速通信时代。让我们共同努力，共同期盼吧！
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