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[转帖]假大空话:永远解不开的密码

作者:jieganerqi 时间:2010-7-10 12:22:05 收藏 编辑

假大空话:永远解不开的密码

最近看到科技日报记者高博的文章“量子通信:永远解不开的密码”,作者企图纠正一些媒体报道中把
量子通信的性质理解为“超远距离瞬移”的“错误”。其实那些媒体报道并没有错,潘建伟组的论文题
目中明明写的是“量子隔空传输(quantum teleportation)”,即量子的超远距离瞬移,按潘的导师
泽林格的说法,转移过去的就是原物(originals),虽然是通过转移的信息重建出来的。下面我们将
论述,不仅隔空传物不可能,而且隔空传态也无可能性,永远解不开的密码也是一句空话。

高博的文章中写道:“量子纠缠:永远同步的双胞胎——《格林童话》里提到:一对双胞胎兄弟心灵隔
空相通,即便是分道扬镳天各一方,弟弟遇难,哥哥即刻得知。在微观世界里,也有“心灵感应”的可
能。这就是曾被爱因斯坦称作“幽灵般的超距离作用”的“量子纠缠”。根据量子力学,有共同来源的
两个微观粒子之间存在着纠缠关系,不管它们被分开多远,只要一个粒子发生变化就能立即影响到另外
一个粒子,即两个处于纠缠态的粒子无论相距多远,都能“感知”对方的状态[变化]。量子纠缠现象,
使得光子、电子甚至是原子之间能相互影响,相互制约,从而传递信息。理论上讲,这种纠缠可以使两
点之间,不论距离的即时通信顺利完成。这种“超距离通信”不仅让人们感到新奇,而且给了科学家利
用它来传递密钥的机会。”“只要制造一对纠缠的粒子A和B,分别给信息的传送人和接收人,这对粒子
就好像古代战争用的虎符一样,总是严格吻合的。A粒子的状态,在传送人的测量下,表现为一系列随
机值;由于A和B纠缠互感,所以十万八千里外的B粒子,也表现出了一系列的对应值。也就是说,发信
人和收信人掌握了同一套随机数列——这就是密钥。”这两段高博写得很好,把量子密码永远解不开的
“理论根据”清楚地讲了出来。但是,假如这个理论根据不成立,则永远解不开的密码只是一句空话了
,搞这种加密大工程就如无源之水,无本之木。郭光灿院士说“BB84量子密钥方案在理论和实验上都被
证明是绝对安全的技术”,2009年他的团队在安徽芜湖建成量子政务网。同年,潘建伟小组在合肥建成
光量子电话网,称绝对安全的量子通信由实验室走进了日常生活。据悉,鉴于同样理由,山东省将投资
1.22亿元建设山东量子通信试验网工程。

虎符上有供拼接的铭文--特定的印记,对比量子纠缠,薛定谔在1935年发表的论文“量子力学的目前状
况”中写道:“任何发生的“预言的纠缠”显然只能归于这个事实,即这两个物体在较早的某个时候形
成真实意义上的一个体系,而且二者已经留下各方的印记。”这与高博的前一句话的意思相同。而他后
一句话说的意思是,如果一个传送人在一半虎符上随机标上字符,如R、A、N、D、O或M、...,则在“
十万八千里外”的另一半上就会出现对应的字符R、A、N、D、O或M、...。这是很神秘的,归因于“隔
空鬼魅作用”。而薛定谔不认为有这种可能性,说:“在分离体系上的测量不会直接彼此发生影响--那
种影响是巫术。”爱因斯坦称之为远距鬼魅作用、传心术式的影响。他在文章“自述”中表示“坚定不
移地认为”:“体系S_2的实在状况与我们对那个在空间上同它分离的体系S_1所采取的行动无关。”这
被称为分离性原则。除非被某些荒谬理论彻底洗了脑或十足被一些巫术性实验演示所迷惑,我们的智商
还不至于低到连如此简单的真理--分离性原则--都不信,爱因斯坦说,分离就是无相互作用的同义语。
玻尔也从不支持所谓的非定域性。

建立所谓永远解不开的密码是依据“隔空鬼魅作用”,即所谓量子纠缠的非定域性。非定域性观点已成
时尚,多数量子物理专家都在谈论非定域性,他们称贝尔不等式理论和阿斯派克特等的实验已经证明了
这种非定域性。殊不知这是以讹传讹,事情是这样的,约翰·贝尔假设量子力学有诸如微粒的坐标、动
量、自旋等作为潜变量,并假设它们是实在的和定域的,然后推导出了一个不等式。后来他人把这类不
等式用在光子上,对一种特定的实验安排,由不等式预言的结果为小于等于2。另一方面,对同样的安
排,量子力学预言结果为严格等于2乘根号2(=2.828)。阿斯派克特等的实验结果为2.697,测量误差0
.015,与量子力学的预言相符,而比贝尔型不等式的预言结果显著大得多。于是他们做出结论:爱因斯
坦的定域实在论思想是错误的,隔空鬼魅作用必定存在。至此,我们可以有一个简单的想法,既然实验
结果符合量子力学,而又有充分理由相信量子力学本身是正确的,那么可以断定贝尔的理论是错误的。
但是,事情并非那么简单,因为贝尔的理论似乎很合理,很难说这个理论是节外生枝,倒可能是一个最
深刻的发现--世上真有隔空鬼魅作用存在,是大有用处的物理资源,可期待一次新的技术革命。但是,
我们仔细地看,在贝尔不等式的推导中,有一个默认的假设:量子力学的观察量是潜变量的统计平均值
。玻姆和许多其他人也是这么看的,似乎无可怀疑。然而,现在如果考虑到波也可以有潜的,而观察量
并非潜波变量的统计平均值,而且如果在潜波变量基础上建立的微粒模型能解释一切量子现象(见博文
“论爱因斯坦-玻尔争论之症结”),那么说明贝尔理论是节外生枝,隔空鬼魅作用根本不存在,量子
隐形传输和永远解不开的密码都纯属子虚乌有。

多年来对贝尔不等式和非定域性的质疑和反对声不绝于耳,这里列出一些以正视听:
(1)穆尔敏(N. D. Mermin):“鲁道夫·佩尔斯爵士不相信贝尔定理证实了非定域性。”“对我来说
,非定域性似乎为消除某些深深的困惑“太便宜地”提供了一条出路。”
(2)洛察克(G. Lochak):“依我之见,贝尔不等式的实验违反无关于所谓的“非定域性”或“非分离
性”。这违反只不过表明量子几率不是经典几率!”
(3)德拜锐(W. De Baere)等:“首先,必须认为量子[力学]数学体系本身是完全定域的,意即在一个
地方的测量结果统计不依赖于远处另外的同时作用。并且,在所有现时有趣的量子场论中,对类空间隔
(x-y的平方),观察量的对易子 [A(x),B(y)]等于零,这保证定域性。”
(4)佩雷斯(A. Peres)等:“贝尔定理并不意味着量子力学本身存在任何非定域性。特别是,相对论
量子场论明显是定域的。简单而显然的事实是,信息必须被量子化或不量化的物质携带。因此量子测量
不允许任何信息传送快于实验中发射的粒子格林函数中出现的特征速度。”
(5)阿德尼尔(G. Adenier):“虽然证明贝尔不等式违反的实验愈来愈准确和无漏洞,必须强调,不
管如何地准确和接近理想,它们能证明的不外乎量子力学的有效性,而不是那[贝尔]定理的有效性。”
(6)贝尼(G. Bene):“然而,我们坚持认为这样的结论[分离体系能够互相影响]在物理上不能被接受
。定域性原理(或爱因斯坦分离性)在所有物理学分支中,甚至在量子物理中,包括最深奥的量子场论
,我们已经用得很好。颇难相信它只在测量情形中失效。毕竟,测量只是两个物理体系间的作用,其一
是原子组成的宏观测量器件,对它的结构和作用我们从量子力学有相当好的理解。无留给神秘非定域影
响的余地。”
(7)阿卡笛(L. Accardi)等:“我们证明定域条件与贝尔不等式不相关。我们检查认为贝尔不等式的
实际起源是经典(柯尔莫戈洛夫)几率理论可应用于量子力学的假设。”
(8)散托斯(E. Santos):“实际上至今被实验上违反的所有不等式都不是单独从实在论和定域性条件
推导出的真正贝尔不等式,而是要求辅助假设推导出的不等式。颇为显然,这种不等式的违反不能驳倒
整个定域潜变量理论家族,而只是有限的家族,即满足辅助条件的那一些。”“依我之见,错误信仰[
定域潜变量理论已在实验上被驳倒]影响的扩大是二十世纪物理史上最大的忽悠(delusions)之一。”

值得注意的是,阿斯派克特在2007年《Nature》上发表的文章“Quantum mechanics: To be or not to
 be local”中承认,否定定域实在论不是他们的实验的逻辑结论,不过他还是“倾向”认为量子力学
是非定域的。好一个“倾向”!理不直,气还壮。

郭光灿院士在担纲写的“爱因斯坦的幽灵—量子纠缠之谜”中写道:“如果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,并发生相应的状态变化,无论它们相距多远。”请问,假
设BBO发出一对纠缠光束,一束水平偏振光发向八达岭的探测器,另一束垂直偏振光发向怀来的探测器
。现在,如果在八达岭的探测器前面放一个偏振器,并用32赫的马达带动,使这束光的“状态”发生连
续变化,现在问,在怀来的探测器上能否或多或少“感应出”32赫的光波信号变化?这个实验很容易做
,但必须独立进行观测,禁用连接两端信号的符合计数器。据考查,物理工作者从未真正发现过隔空传
递信息的确实迹象,即未见有经得起多方独立验证的事实,那种虚幻的事被称为伏都或巫毒(voodoo,
通灵术)。恐怕郭院士担纲写的书会严重误导公众和误人子弟,有悖于芦笛曲丛书的出版宗旨。

量子纠缠是否能提供永远解不开的密码问题与对量子纠缠真相的认识有关。我们要问,东乡的书记一感
冒,西乡的乡长就打喷嚏,西乡的书记一感冒,东乡的乡长也打喷嚏,这种纠缠有谁能讲得清楚。中国
青年报的一篇报道(2010年6月23日)中写道:“这确实是一个难以令人理解的研究领域,面对抱着巨大
好奇心的公众,研究者不禁感到苦恼,“想要给大家都讲明白实在是一件痛苦的事”。”要诡辩肯定是
痛苦的,其实答案极其简单,那就是,东乡的书记张三兼任了西乡的乡长,西乡的书记李四兼任了东乡
的乡长。有人好比深信张三一感冒远方的李四就打喷嚏“确有其事”,并想把它向公众“讲清楚”道理
,能讲得清楚吗。在量子世界里,两个纠缠粒子占据四个态,要纠缠只有像兼职那样集于一身的“兼态
”方式,在逻辑上排除任何其它可能性,小学生都知道4=2乘2。

现在请受尊敬的张三李四当回演员,并受点委屈。比如,随意打东乡的书记三个耳光、接着打一个、又
打两个、...,西乡的乡长就会瞬间依次感到痛三下、一下、两下、...。有人以为,这打和痛是“隔空
感应”,其实挨打和受痛的是张三,与李四不搭界,即作用是绝对“定域的”。对量子纠缠和加密,较
为贴切的隐喻是,有许许多多结对的东乡西乡,约有一半是东乡的书记兼任了西乡的虚设乡长,西乡的
书记兼任了东乡的虚设乡长,另一半为,东乡的乡长兼任了西乡的虚设书记,西乡的乡长兼任了东乡的
虚设书记。现在假如,随意打第一对中的东乡书记一个三度重的耳光,接着打第二对中的东乡书记一个
一度重的耳光、又打第三对中的东乡书记一个二度重的耳光,...,有些人以为,“远离的”另一乡的乡
长感到相应程度的疼痛。这相当于,在一路纠缠光子上,给相继的光子依次无规分别标上R、A、N、...
, 这时他们以为在另一路光子上就会出现同样序列的信号。他们于是“悟到”这种效应可用于建立永远
解不开的密码。因为存在虚乡长、实书记或实乡长、虚书记的区别,显然他们犯了混淆了虚实,颠倒了
远近的错误。

牛顿力学是低速宏观物体的运动物理学,而量子力学是量子状态的物理学,不是完备描述量子实体的物
理学(见博文“论爱因斯坦-玻尔争论之症结”)。不像实体的物理学,在状态的物理中可能会发生粒
子的编号问题,显露出一些奇怪的事情,这正好为探究量子真相提供线索。狄拉克最早发现原子中电子
的纠缠关系,虽然那时尚无量子纠缠这个概念;他在1926年发表的文章“关于量子力学的理论”中写出
了二电子的纠缠公式:psi_{mn}=a_{mn}psi_m(1)psi_{n}(2)+b_{mn}psi_{m}(2)psi_{n}(1),这里的符
号_{.}表示下角码。在原子中电子的纠缠是普遍现象,氦原子中1s电子与2s电子的纠缠是一个典型例子
。其中1s电子和2s电子的两个纠缠态(坐标态)各是两个积态的交换性叠加(一个交换对称和一个交换
反对称)。量子测量告诉我们,叠加态的成分中至多一个是非空的,因此上述式子告诉我们,电子1(
或2)的非空态与电子2(或1)的(准)空态发生融合,这时电子的编号应该变化,比如说变为a和b,
这相当于玻尔所说的态的定义发生变化。这应该是量子纠缠的真相,根本不存在非定域性。在纠缠之后
,如果仍用纠缠前的粒子编号1与2(量子力学中只允许这样做),则在理论上就出现所谓库伦“交换能
”,氦的1s态和2s态的交换能为0.39电子伏。以上就是对神秘的交换能来源的平易解释,也是对EPR佯
谬的解释。如果对量子纠缠的以上理解成立,那么可知,所谓永远解不开的密码方案和量子隐形传输理
论,都是混淆虚实、颠倒远近的产物,它们的实验演示像巫术,其关键道具是符合计数器和调节符合的
延时器,玄机尽在其中。从以上的分析,我们得出的结论是,“量子加密能保证万无一失”是一句假大
空话。有人说量子加密绝对安全已被实验证明,更是无稽之谈。

尽管阿斯派克特在2007年已承认,否定定域实在论不是他们的实验的逻辑结论,但现时仍然到处在以讹
传讹,说他们的实验已证明隔空鬼魅作用存在,是开发量子信息技术的物理资源。如果有人出来表示怀
疑或反对,最常听到的训斥是:“回去好好学学量子力学吧”,可见流毒之深与广。还有一种训斥很有
意思:“有本事把你的文章发表到《自然》上去。”竟有人说:“发表X的PRL,NATURE,PHYSICS 的编
委全瞎眼了,反倒不如XXXX学院的一个小小的XXX?”这类人视顶级杂志为真理的化身,典型的奴才相
,正好给出钱学森之问的一个答案。谁之过?让我们这些教师自己感到汗颜。通常,正规媒体不敢登载
或转载反潮流的文章,即使纯属学术性的,甚至在某些论坛上发帖也会莫明其妙被拦截或删除,现下科
学工作者发表自由评论的环境好像不怎么好,学术中假冒伪劣的事情难以被揭露和纠正。人为孤立反对
者不利于科学的发展,这种情况不该发生在中华大地上,特别是在提倡创新的时代。殊不知,自从出现
荒谬的贝尔不等式开始,一代量子信息专家在一系列谎言指引下成长,这批后起之秀的某些“非凡成就
”,竟把许多老专家都搞糊涂了,有的表示支持、或把它们编进教材、或失语、或选择沉默,好在大批
有识之士(包括多数院士)还持较为谨慎和负责的态度。可惜的是,有一大批量子信息专家已经花掉国
库亿计的钱财,实事一项无成。在这方面,他们现时还在争取大笔经费,或按政策不用申请就能分配到
千万计的资助。近日得悉,美国在新一轮科技计划中,已停止对光学量子信息处理研发的经费支持(有
待核实),看来这不无道理。谁也不会反对量子信息科技的正常研发,只是希望他们能早日迷途知返,
坚决拒绝为巫术与科学的联姻效力。发展科学的希望总是寄托于年轻一代,诺贝尔奖得主拉比在玻尔诞
辰百周年纪念大会上讲:“我觉得,我们还未得要领,下一代人,他们一旦找到那个要领,就会拍拍脑
袋说,他们过去怎么会想不到的呢?”

总而言之,量子纠缠的隔空联动解释是对量子力学的原则性、根本性误解,是对这理论的肆意妖魔化。
这种巫术性、传心术性的解释已把量子信息科技引向岐途,包括永远解不开的密码,量子隐形传输,多
光子纠缠等。这样的解释实为二十世纪物理学家最愚蠢之举和最大的忽悠。真亏有一批专家能精心编造
一个又一个实验演示爱因斯坦嘲笑的隔空鬼魅作用,他们的所作所为理所当然要遭到公众的谴责,如:
把科幻电影的剧情发到学术刊物上了;这也敢拿出来,你真以为人都傻了吗?安徒生童话亦不过如此;
假的,不可能;不是怀疑,压根就不信;伪科学;刘谦的魔术;张宏宝第二;见鬼了吧;愚人节;又开
始出新的气功大师了;科学家都快成巫师了;国家应该立案严查,绝不能让这些骗子得逞;等等。纳税
人对虚假的科研成果是不会买账的。

信息的传输需要使者,包括媒介,无隔空传输信息的可能性,反之,有量子力学专家说:“量子隐形传
态可用于大容量、原则上不可破译(万无一失)的保密通信,也是量子计算的基础。”这里,不是质疑
什么的,而是断言,量子力学并不意味着量子隐形传态的可能性,因此原则上不可破译的保密通信无基
础可言。并且不得不说,无论芜湖的量子政务网,还是合肥的光量子电话网,或其它计划建设的量子通
信试验网,能通信是真,有永远解不开的密码是假,希望不要再以此假大空话为理由搞越来越大的工程
,那将是一个投钱的无底洞,一个大笑话。还是先老老实实从基础做起为好。

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(王国文,北京大学物理学院,2010年7月5日)

附件:
量子通信:永远解不开的密码
http://www.stdaily.com, 2010年06月24日,作者:科技日报记者高博

科幻电影里常有这样的场景:乘客走进“超时空传送机”,机器开始运转,一眨眼乘客就被传送到数万
光年以外的星系。近日,中国科学家在“量子通信”方面的顺利进展——实现了目前世界上最长距离的
“量子通信传输”,引起了公众的普遍好奇,这很大程度上是因为一些媒体的报道中,把量子通信的性
质理解为上述的“超远距离瞬移”——从地球遁去火星,耗费时间为零。

实际上“量子通信”倒没有这么神奇。这种通信技术的激动人心之处,不在于传播信息的速度,而是它
“绝不泄密”的本事。

“科学家所做的,就是寻找合适的方法,让量子通信能够逐渐增加距离,最终投入实用。”在中国科技
大学教授,量子信息学家韩正甫看来,中国科学家近年在这一领域的持续进展,让量子通信技术开发的
前景越来越光明。

为什么量子通信能不被窃听

先回头说说量子理论,20世纪初的实验发现,能量或物质细小到一定限度,就无法被准确测量了(测不
准原理)。因为测量意味着干涉,当被测量物微小到了极限,就不可能不被测量完全改变。理论上完美
到极致的显微镜,对于一个量子级别的粒子也束手无策,因为一“碰”就毁坏了粒子的待测状态。

量子理论作为现代物理学的核心理论,百年来被无数次证明和应用,也被每一个物理学家熟知。而利用
量子效应来保护通信密码的创意,是上世纪80年代美国人提出的。

这个想法的实质在于:假如让量子态的粒子携带密码信息,就不会被半路监测和盗取了。换句话说:如
果信息仅“附着”在一个光子或电子上,当间谍“偷听”时,信息就被偷听动作改变了。靠着极端“脆
弱”,这条信息通道可以保证内容的绝密。

科学家如何利用量子来传输信息呢?这就要用到“量子纠缠”的物理特性。

量子纠缠:永远同步的双胞胎

《格林童话》里提到:一对双胞胎兄弟心灵相通,即便是分道扬镳天各一方,弟弟遇难,哥哥即刻得知

在微观世界里,也有“心灵感应”的可能。这就是曾被爱因斯坦称作“幽灵般的超距离作用”的“量子
纠缠”。根据量子力学,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系,不管它们被分开多远,只要
一个粒子发生变化就能立即影响到另外一个粒子,即两个处于纠缠态的粒子无论相距多远,都能“感知
”对方的状态。

量子纠缠现象,使得光子、电子甚至是原子之间能相互影响,相互制约,从而传递信息。理论上讲,这
种纠缠可以使两点之间,不论距离的即时通信顺利完成。这种“超距离通信”不仅让人们感到新奇,而
且给了科学家利用它来传递密钥的机会。

随机状态:偷不走的密码本

以往无论是二战时德军、日军的电报密码本,还是防盗版用的软件加密算法,总有被人偷走或破译的危
险。然而,靠着量子纠缠的特性,科学家就可以给出一个无法窃取、也无从破译的密钥——你知我知,
天不知地不知。

只要制造一对纠缠的粒子A和B,分别给信息的传送人和接收人,这对粒子就好像古代战争用的虎符一样
,总是严格吻合的。

A粒子的状态,在传送人的测量下,表现为一系列随机值;由于A和B纠缠互感,所以十万八千里外的B粒
子,也表现出了一系列的对应值。也就是说,发信人和收信人掌握了同一套随机数列——这就是密钥。

密钥的载体是量子态的粒子,所以不能被半路侦测(测不准原理)。有了绝对安全的密钥,传送人可以
放心大胆地把信息加密后传出去了。偷窥者会对这些加密信息束手无策。

把密钥扔远,再扔远

量子密钥的创意无懈可击,但目前还不能投入大规模应用,原因是很难让一对纠缠粒子在长距离上保持
稳定。在几米内有效的密钥,在几公里外就失真,然后消逝在虚空中了。因此超长距离的量子通信,似
乎还停留在理论阶段。但在韩教授看来,这并不意味着研究人员的进展缓慢。事实上,近年来,中国科
学家一直在刷新量子传输的距离纪录。

根据上个月的最新消息,中科大的研究团队,已经让纠缠态的高能光子对穿过10英里长的自由空间通道
。这一距离是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离,也是目前国际上没有窃听漏洞的量子密钥
分发的最大距离。

研究人员发现,在这个距离上接收端的光子,仍能响应留在后方的光子状态变化。远距传输的平均保真
度为89%。这项突破意味着量子通信应用扩大到全球规模,也许不久就会到来。

同时,中科大的研究团队还首次证明了:纠缠光子在穿透等效于整个大气层厚度的地面大气后,其纠缠
的特性仍然能够保持,并可应用于高效、安全的量子通信。科学家们正在计划开展更远距离的量子通信
实验,下一步的目标是通过自由空间实现几百公里的量子通信,超越光纤传输的极限。

可以想象,未来应用了量子通信的战场和商界,许多间谍工具和知识将逐渐消亡。

相关链接(略),延伸阅读(略)
原文链接:http://www.stdaily.com/kjrb/content/2010-06/24/content_201152.htm

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