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碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们

(2016-12-21 22:00:02)
标签:

量子

量子纠缠

量子延时选择

量子擦除

薛定谔的猫

分类: 国计学

碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们

前面本微信号写了批评量子通信的文章,但那还是在假设量子物理定律正确的前提下,批评量子通信加密的数学原理。原拟随后就剖析量子物理定律本身,无奈事情太忙,一直到今天才有些许空暇。忙里偷闲,现在我就来和大家剖析一下量子物理定律本身。

量子理论,今天已成为众多宗教的稻草,也成为科学家们傲视众生的资本,这在中国更为热闹。前有中科大副校长、南方科技大学校长朱清时先生宣称“不可思议的量子意识”,用宗教来解释量子理论,后有清华大学副校长施一公先生说我们都是从35亿年前的一个受精卵纠缠而来。中科大潘建伟院士更是把卫星放上了天。量子学界志得意满,仿佛让卫星上天的不是航天火箭,而是量子纠缠,也仿佛让这颗卫星能够通讯的不是光纤那样的光子通信,而是量子纠缠。

现代物理学的发展,不是推动了人们抛弃宗教这种落后愚昧的过时玩意,却反而成为其吹鼓手,并且煽动起一场从上到下的集体欺骗,不能不引起每一个国人的深思。

所以,发这篇文章就非常必要。

正如量子神棍们都爱从薛定谔的猫讲起,本文也就从俗,讲讲这只猫究竟是啥。

薛定谔猫的真相

量子神棍们对薛定谔的猫下了很大力气进行普及,通常会在普及完毕后再扫视大家一眼:“so easy”。本来听众没有一个懂的,但在神棍们热切的眼光注视下,又看到其他听众都频频点头,于是也跟着点头。然后就所有人都点头了:“哦,原来是这么回事,那只猫……”一场宗教式的集体臆症就这么起来了。

那么,薛定谔猫的真相是怎样的呢?我先讲讲神棍们的解释:

把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个装置,其中包含一个原子核和毒气设施。设想这个原子核有50%的可能性发生衰变。衰变时发射出一个粒子,这个粒子将会触发毒气设施,从而杀死这只猫。根据量子力学的原理,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,因此,那只可怜的猫就应该相应地处于‘死’和‘活’的叠加态。非死非活,又死又活,状态不确定,直到有人打开盒子观测它。

实验中的猫,可类比于微观世界的电子(或原子)。在量子理论中,电子可以不处于一个固定的状态(0或1),而是同时处于两种状态的叠加(0和1)。如果把叠加态的概念用于猫的话,那就是说,处于叠加态的猫是半死不活、又死又活的。

量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,薛定谔的猫的状态是‘死’与‘活’的叠加。此猫将永远处于同时是死又是活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违。一只猫,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活呢?别小看这一个听起来似乎荒谬的物理理想实验。它不仅在物理学方面极具意义,在哲学方面也引申了很多的思考。”[1]

上面这几段话,大家看懂了么?作者肯定以为讲懂了,听众也估计有点头的。但是我敢保证,不但听众没有一个真懂,作者也根本不懂。以其昏昏,使其昭昭。

大家摇过骰子吧?即使没有摇过骰子,也至少看过摇骰子吧?骰子摇了之后盖子揭开之前,谁能知道骰子究竟是几点吗?1点?还是2点?除了作弊的人,没有谁敢断定吧?准确的答案难道不是既可能为1,又可能为2,还可能为3、4、5、6?我们照样可以说骰子是从1到6的叠加态,为什么不可以?所以薛定谔的猫有什么“与我们的日常经验严重相违”的?这难道不过就是最常见的摇骰子吗?

所以,就科普而言,这篇关于“薛定谔猫”的科普无疑是不及格的。

神棍们提异议了:“你说的摇骰子,在盖子揭开以前固然人们无法判断其确定状态,但是它在客观上还是有确定状态的,只是人们无法知道这个客观状态而已。而量子理论中薛定谔的猫在客观上就没有确定状态。两者有本质区别。”

神棍们理由一套一套的。问题是:神棍们既不知道骰子的状态也不知道薛定谔猫的状态,神棍们怎么就能信誓旦旦“骰子在客观上有确定状态”而“薛定谔的猫在客观上没有确定状态”?

量子概率、薛定谔方程与量子塌缩

所以薛定谔的猫根本就不是神棍们讲的这样。本文这里来讲讲什么是真正的“薛定谔的猫”。

要理解“薛定谔的猫”,必须首先要理解量子概率。在量子理论中,量子概率就是一种概率,其与经典的数学概率地位几乎是并行的,甚至两者就被等同为一个性质。同一个性质,却有不同数值,于是种种谬论就出来了。

事实上量子概率是一种物理实在,而不是数学演绎。这种物理实在,可以这么理解:量子随着量波运动,在量波强的地方,量子出现的概率大,在量波弱的地方,量子出现的概率小。这种理解有点像波恩的先导波假说,但实质上完全不同。波恩的先导波是超局域的,仍然需要超距影响假设,而量波的理解是完全传统理论,是局域的,无须任何超距影响假设。[2]

因此量子现象是两种物质的相互影响。一是量波的运动,二是量子作为粒子在量波中的运动。电子有电场,物质有引力场,因此不难理解量子也有量场。所以有量子概率的地方,必然有量波这种物理实在的存在,它影响量子运动并以概率形式显示出来,从而被人们观测到。当统计量子宏观数据时,得到的是量波分布数据,故而呈现波动性。当观测具体微观量子时,得到的是单个量子粒子,故而呈现粒子性。

我们可以在大自然中找到这种波粒二象的原型:沙漠中的沙浪。大量沙子被空气的波动挟裹而成为宏观的沙浪,单个沙子却是粒子。沙子的波动性来自空气波动,沙子的粒子性来自沙子自身属性。我们决不可说沙子的波动性是沙子自身的属性。

碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们

既然量子现象是量波和量子两种物质的相互影响和运动而产生,自然会出现如下现象:

在双缝实验中,打开一个偏振方向的偏振缝时,此偏振方向的量波可以通过;打开另一个偏振方向的偏振缝时,另一个偏振方向的量波可以通过。同时打开两个偏振方向的偏振缝时,两个偏振方向的量波均可以通过。根据传统物理理论,任何波的迭加,包括机械波的迭加,都是振动位移的迭加。而任何波的强度,都是与波幅的平方成正比。所以两个偏振方向的量波迭加后的强度就绝不是两列波强度的迭加。而若量子出现的概率与量波的强度成正比,则两个偏振方向都打开后的量子概率,就不会等于两个偏振方向轮流打开时的两个量子概率之和

这是初中物理的波动理论,不涉及什么超距影响。我特意讲机械波,就是要告诉大家:我们用机械波也可以复现这个所谓的量子概率过程。

因为量波的运动方程就是机械波运动方程,即:y=Acos(w(t-x/u)+b)。式中y是质点偏离平衡位置的位移,A是波的振幅,w是角速度,t为时间,x为质点到原点的距离,u是波速,b是初始相位。

读者朋友们要大跌眼镜了,量子的波动方程,那可是要用奇幻无比的薛定谔方程的,薛定谔方程是天才的式子,竟然是有虚数的复数方程,据说至今没有几个人懂它是啥意思。如此高大上的方程,被你用初中的一个波动方程就表达了?

碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们

大家都被薛定谔方程的复数形式吓住了,因为大家都搞不清楚复数是啥,复数中的虚部又是啥玩意。

其实,“复数”更应该叫做“辅数”,即“辅助计算的数”。它的本质是用来辅助计算的规则,是一种速算法而已。

例如在初中数学里面,三角函数有:

cosacosb-sinasinb=cos(a+b)           (1)

用复数来表达为:

za=cosa+isina,zb=cosb+isinb

则:za*zb=(cosa+isina)*(cosb+isinb)

=cosacosb+i*i*sinasinb+i(sinbcosa+sinacosb) (2)

由于i*i=-1,所以(2)式为:

za*zb=cosacosb+i*i*sinasinb+i(sinbcosa+sinacosb)

=cosacosb-sinasinb+i(sinbcosa+sinacosb)

=cos(a+b)+isin(a+b)             (3)

大家看,(2)式把(1)式中比较复杂的数学过程,直接转化为两个复数za和zb的乘积。这个乘积的实部cos(a+b)就是三角公式(1),虚部是isin(a+b)。在复数计算过程中,虚部的存在提供了三角计算的便利,事实上承担了辅助计算的职能。但是(3)式真正要计算的内容还是实部cos(a+b)。

所以za=cosa+isina,应该解释为:角度a的余弦及其辅助计算部分isina。

复数只不过是“辅数”,是快速计算法,那就是说:如果我们愿意承担计算复杂的代价,不要复数也没有任何问题,直接使用实数计算就ok,正如(1)式那样。换言之,即使我们使用了复数来表达波动方程,波动方程的物理含义仍然是y=Acos(w(t-x/u)+b)。

因此薛定谔方程也完全可以写为不含复数的波动方程,只不过那样计算起来会复杂一点;更重要的是谁都能懂,逼格就不高了。

相应地,初中的机械波运动方程y=Acos(w(t-x/u)+b)也可以加上辅数表达为:

y=Acos(w(t-x/u)+b)+iAsin(w(t-x/u)+b),然后就可以写出类似薛定谔方程的式子了。

这就是薛定谔方程中奇幻无比的复数波函数的真相。

讲清楚薛定谔方程及其波函数后,我们还是回头用机械波也适用的波动方程来复现量波迭加的量子性质。

为简单起见,本文示范仅仅是波幅不同的两列波迭加。

简写机械波的波动方程为y=Acos(a),则其强度与波幅平方成正比,即A^2

若有另一列机械波为y=Bcos(a),则两列机械波迭加后的波动方程为:

y=Acos(a)+Bcos(a)=(A+B)cos(a),其强度与波幅平方成正比,即(A+B)^2

显然,两列机械波迭加后的强度,不等于两列机械波各自强度之和。而量波遵循与此相同的波动方程及其迭加规则。

通过双缝的量子概率不等于轮流通过双缝的量子概率之和。而在分布既定的数学概率中,彼此排斥的各个状态的数学概率之和应该是可以直接相加的。因此量子概率与分布既定的数学概率不一致。

这没什么奇怪的,数学概率的相加性,其前提是概率分布既定。量子概率由于有量波的物理实在影响,其数学概率分布早已改变,所以不再具有概率的相加性,这理所当然。但是由于神棍们把量子概率和分布既定的数学概率混为一谈,看不到量波的物理实在性改变了概率分布从而导致两者不一致,所以他们就莫名惊诧了。

再具体看这个例子。有100个人要出一间屋子,这间屋子有一道双开门。打开左边门板时,出来一部分人;打开右边门板时,又出来一部分人。神棍们现在换一种出门方式,就是两扇门同时打开。按照数学概率,两种方式都应出来100人。但是神棍们一统计,发现轮流打开时只出来90人,同时打开时却出来100人,这违反了数学概率。他们的脑袋就大了:相差10人到哪里去了?最后一拍脑袋:“噢了,一定是因为这些人既在这里又在那里,不是定域的。所以点数时,要么重复点数了,要么根本就没点上,因此吻合不上数学概率。”

这才是真正的“薛定谔的猫”。“薛定谔的猫”是说:按照量子概率计算的状态概率,不等于按照数学概率计算的状态概率,这个差异只能用不确定性、非定域性来解释。

现在好理解“薛定谔的猫”了吧?你把猫放在有毒气设置的盒子里,在打开盒子之前你不知道猫的生死,这不是“薛定谔的猫”,这只是你家里喂的猫。如果你搞了一千个这样的盒子和猫,打开盒子后发现有40%的猫是死的,有50%的猫是活的,剩余的10%不知道跑哪儿去了,这才是“薛定谔的猫”。这10%跑哪儿去了?你找不到吧?于是神棍们说其实这10%的猫已经在90%的猫中了,只不过因为它们既在这里又在那里,你没有点清爽而已——当然,上帝也是点不清爽的。所以上帝也只能掷骰子。

然而事实是如何呢?在前面双开门这个例子中,事实是门板太窄。轮流打开门板时,有的人太胖,没法从单扇门板中挤出来,又有的人太傻,不知道侧身就可以从单扇门板中挤出来。结果有10人出不来。而当两扇门板同时打开时,所有人都可以大摇大摆地出来了。自然这就导致了10人的差异。

在“薛定谔的猫”这个实验中,也是如此。你打开盖子用偏振片测量猫的死活状态时,等价于用筛子来挑选水果一样,只有个子大的水果能留下,个子小的水果就漏掉了。姿势不好的或太肥的猫(不管死活)过不去偏振片,只有姿势好的或比较瘦的猫能过去。而当你同时打开两个偏振方向来测量猫的死活状态时,所有猫都能过去了。这两种测量方式出来的概率当然是不等的。

所以量子概率与数学概率之间的差异,不过是因为量波的物理实在性已经改变了量子的数学概率分布而已。跟什么非局域性、超距影响风马牛不相及。

由于量子理论无视量子概率的物理实在性,把量子概率与分布既定下的数学概率混为一谈,所以神棍们把量子概率和量子粒子视为同一个量子自身的属性。这就是波粒二象性。在观测之前,量子被视为在整个量子概率范围内同时弥散的波,在观测之后,量子又完全体现出粒子性。从弥散波到粒子之间的差异仅仅是观测与否。观测是瞬时的,所以神棍们得出结论说量子瞬时从波塌缩成粒子。

这种混淆,在经济学金融学理论中非常常见,例如西方金融学理论中把风险中性概率与资产价格概率混为一谈,他们完全搞不清楚所谓的风险中性概率根本就不是任何概率,而仅仅是归一化的确定性比例而已,但资产价格概率却不是确定性比例,而是实实在在的不确定性。而这些谬论却是今天高等教育金融学的标准教材,真是荒唐。

量子纠缠与贝尔不等式

既然神棍们认为“薛定谔的猫”体现了量子的非局域性,那就应该在相隔遥远的两个量子身上试试。于是就设计了量子纠缠实验。

量子纠缠的定义简单而又清晰:“若一个量子处于某量子态时,另一个量子不会处于任意状态,则此两量子处于纠缠态”。这本质上是经典概率论中的相关性之一。在经典概率中,相关的随机量之间并不一定会有相互影响。

碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们

这里又要纠正一些关于量子纠缠的伪科普。量子纠缠,并不是说“两个纠缠量子分开后,我们测量其中一个量子的状态,就能超距获知另一个量子的状态”。如果仅仅是这样,经典概率论也可以做到。例如我们可以设计如下小实验:

准备甲乙两个黑箱。随机往甲黑箱里面扔一枚硬币。甲黑箱里面有一个摄像头,计算机通过摄像头检测到硬币正面朝上时,就在乙黑箱中放一枚正面朝下的硬币;反之,则在乙黑箱中放一枚正面朝上的硬币。然后把甲乙黑箱分开任意遥远。

很显然,此时我们并不知道两个黑箱中硬币究竟正面朝上还是朝下,也知道任意遥远的两个黑箱之间再无任何相互影响,但它们却完全负相关。所以只要我们打开任意一个黑箱,就立刻能知道另一个黑箱中硬币的状态。这种知悉是瞬时的,没有任何时间间隔的。因为我们知道两个黑箱中的硬币状态正好相反。

所以“测量一个纠缠量子的状态,立刻可以获得任意遥远另一个纠缠量子的状态”,并非量子纠缠的真正面目。

真正的量子纠缠,仍然体现在量子概率与概率分布既定下的数学概率差异。这就要谈到大名鼎鼎的贝尔不等式。

贝尔把双缝实验进一步推广,提出了贝尔不等式。

前已述及:通过双缝的量子概率不等于轮流通过双缝的量子概率之和。而在分布既定的数学概率中,彼此排斥的各状态的数学概率之和应是可以直接相加的。因此量子概率与分布既定的数学概率不一致。

这就是贝尔不等式。

什么?读者朋友们张大了嘴巴:贝尔不等式这么简单,为啥它搞出那么大的动静呢?况且传说中的贝尔不等式是不等式而不是等式啊。

真正的贝尔不等式构造了两个各状态均相反的纠缠量子,让这两个量子分离得很遥远。然后用偏振来测量这两个量子的各状态的量子概率。最后发现这两个量子的联合概率分布之和不等于用分布既定的数学概率来计算的结果。不过贝尔不等式是先推理出基于分布既定的数学概率不等式,然后再计算量子概率,发现量子概率不满足这个不等式。虽然其把问题搞得复杂无比,但显然其根本要害没变。道理很简单:这跟“构造一个分布既定的数学概率等式,然后发现量子概率不满足这个等式”是一样的。核心不在于等式或不等式,核心在于两个概率不一致。

由于贝尔等人混淆了量子概率和分布既定的数学概率,无法理解两者的区别,所以就大为惊恐:两个相隔遥远的量子,如果彼此没有相互影响,怎么可能不遵守数学概率而遵守量子概率呢?由此他们得出结论:贝尔不等式证明了量子之间具有超距影响。

真相同样很简单:两个纠缠量子虽然相隔很远,可是贝尔同样是用偏振来测概率,得到的是量波被偏振改变下的测量结果。此测量结果导致两个量子的联合概率分布不再吻合无相互影响下的数学概率分布。贝尔等人以为量子概率受到了遥远距离的量子影响,事实上是受到了贝尔自己测量方法的影响。

必须要记住:量子的纠缠,仅仅是经典概率相关性的一种,没有任何特别之处。具有相关性并不代表就有相互影响,纠缠量子也不例外。纠缠量子之间也不一定会有相互影响,也决不会有“纠缠量子本来是一个整体”的可能。

如果纠缠量子之间真的有什么超距影响,根本不需要贝尔不等式。神棍们只要做一件事就可以了:

准备多对纠缠量子对,将每个量子对分为相隔一定距离的甲量子和乙量子,分两步走。

1、先测量甲量子的A状态,再测量乙量子的状态,多测几次计算出乙量子概率。

2、先测量甲量子的B状态,再测量乙量子的状态,多测几次计算出乙量子概率。

比较前后两步的乙量子概率。若前后两次的乙量子概率不同,那就证明对甲量子的测量会超距影响乙量子,否则就没有超距影响。

答案很清楚:这个实验绝对不可能成功。因为这是真正的超距通信,不是魔术。神棍们的魔术怎么可能做成真刀真枪的超距实验?

神棍们也公开承认不可能做成这个实验,他们不得不承认量子超距传输不能传输已知信息,他们声称已知信息的传输必须遵从光速不变法则。

神棍们嘴上鼓吹超距影响,事实上构造的实验事实却是:当改变对甲量子的测量时,甲乙量子的联合概率分布发生了变化。

他们以为这就可以证明乙量子受到了影响。但真相是:当他们改变偏振片来测量甲量子时,甲量子的量波被偏振片改变了。此时虽然乙量子不受影响,但甲乙量子的联合概率分布仍然会发生变化。

神棍们做量子纠缠的超距传输,一定要借助魔术道具。就是必须要通过光速向信息接收方发送包含了通信内容和发送方量子状态的联合数据。

接收方收到联合数据后,由于发送方量子与接收方量子的状态关系在纠缠量子分开时已确定(注意,这是纠缠量子分开时的初始关系,不是分开后的相互影响关系),所以可根据接收方量子的状态数据还原出通信内容。

下面,我们仍然用经典方法来构造这个量子纠缠超距传输魔术:

我们仍然准备甲、乙两个黑箱。随机往甲黑箱里面扔一枚硬币。甲黑箱里面有一个摄像头,计算机通过摄像头检测到硬币正面朝上时,设置甲硬币数值为1,并在乙黑箱中放一枚正面朝下的硬币;反之,则设置甲硬币数值为0,并在乙黑箱中放一枚正面朝上的硬币。然后把甲乙黑箱分开任意遥远。

现在甲方要向乙方输送的数据为a。

甲方将a加上甲货币数值,其和作为联合数据b,通过光传输给乙方。乙方收到联合数据b后,检测乙黑箱中的货币。若乙货币正面朝上,设置乙货币数值为0,反之设置乙货币数值为1。然后用联合数据b减去乙货币数值,即可得a。

看,我们完全用经典方法构造了量子超距传输的实验,并且这个实验的保密效果跟所谓量子纠缠的保密效果完全一样,既不会增一分,也不会减一分。显然,如果有破解者拦截到联合数据b,由于破解者不知道甲乙硬币的数值,所以破解者不可能知道a是什么。

大家会疑问了:既然经典方法可以构造量子加密同样效果的加密方法,为啥经典方法不用这种加密?

答案是:这种加密方法,只是加密外行以为安全,其实根本不经一破。只要破解者同时截获乙黑箱和联合数据b就可以破了。因为乙黑箱也是从甲方送到乙方的,当然可以被拦截。这就是传统加密中把密钥分成几份分别传输而已,都谈不上是什么加密方法。

量子加密既然与此经典加密原理完全一样,自然具有同样的命门:由于乙方量子同样要从甲方发出,所以只要破解者同时拦截乙方量子和联合数据,量子加密就破解了。

这就是量子纠缠超距传输的魔术秘密。你要说它一点加密效果没有,那不对。这就是为啥现在量子通信线路还勉强能搞起来的原因。但要说它加密等级有多高,那就要打个大大的问号。要说它是利用了量子纠缠超距传输的神奇功能,那就是胡扯。

大贝尔实验的笑话

2016年11月30日,量子魔术掀起了一个小高潮:全球9个研究机构(格里菲斯大学量子计算和通信技术中心、昆士兰大学工程量子系统中心、康塞普西翁大学电机系(包括三个子节电林雪平大学电机系、塞尔维亚大学和罗马大学物理系)、中国科技大学、光子科学研究所、量子光学和量子信息研究所、慕尼黑大学、尼斯大学凝聚态物理实验室、苏黎世联邦理工学院量子器件实验室)以及世界各地、各种年龄的至少30000名志愿者参与的全球性量子物理实验开始,号称大贝尔实验。中国科技大学潘建伟教授和张强教授是大贝尔实验中国区的负责人。

大贝尔实验是全球首次以人类随机性为基础的量子实验。它有两个目的。一个目的是像魔术那样搞噱头,糊弄大众,这是其根本目的。另一个目的,则是它所宣称的:在纠缠量子的测量中,量子可能是有意识的。一个纠缠量子看到观测者将要测量它的方式,就可以提前和另一个纠缠量子串通好,给出观测者俨然有超距影响的误导结果。而如果观测者随机选择测量方法,纠缠量子就措手不及,没有提前串通的机会。若随机选择测量方法仍然得到超距测量结果,那就说明超距影响的确存在。

神棍们现在担心:观测者们选择测量方法的随机数是自然发生的,自然发生的随机数也许千百万年前就已经注定,未必是真正的随机数,因此可能被量子预先计算出来。神棍们想,那就让人的自由意志来产生随机数。人的思想啊可能是自由的,不受自然决定的。大量人随机写出数,一汇合,不就成真随机数了吗?谅它量子再神通广大也措手不及。

如果此时贝尔实验仍然出超距影响结果,那就证明量子纠缠的确是超距的。

这就是大贝尔实验干的事情。

读者朋友们根据本文想想,几万人自由意志所产生“真随机数”的大贝尔实验结果会怎么样?

肯定仍然有超距影响啊,哈哈哈哈……

为啥啊?因为就算你换了千百种测量方法,可是有哪种不是使用偏振原理来测量量子的呢?用了这个原理,你的测量就会改变量波的概率分布,你所获得的就是分布已变的量子概率,而非分布既定下的数学概率。这跟你用的随机数是真还是假没有半毛钱关系。可怜全世界的人被蒙在鼓里,都来配合你玩这个魔术。

碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们
时间倒流的量子延迟选择实验

只要有一个荒谬之处,神棍们就可以把荒谬推到极致。他们决定干票大的:利用荒谬来证明时间可以倒流。这就是量子延迟实验。

量子延迟实验的步骤如下:

碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们

1 用一个半透镜(称为半透镜A)替代双缝。光子射到半透镜,会有50%的几率被半透镜反射,50%的几率穿透透镜。由此形成两个分离的光路。

2 用全反镜将两个光路引导为具有交叉点的垂直交叉光路。

3 让一个一个的光子S离散地射向半透镜。神棍们说,让一个一个的光子离散发射,就避免了光子之间相互干涉。

4 从哪个光路闪光,可以判断每个光子走的是反射通路还是透射通路。

5 好戏来了。神棍们现在交叉点又放一块45度倾斜摆放的半透镜(称为半透镜B),使得从任一条光路过来的光子有50%的几率被反射到另一条光路上,50%的几率穿透此透镜继续原路径。所以从任意一条光路过来的光子在交叉点后,都有几率到两条光路上。

6 然后,在交叉点后的两个光路上分别放置屏幕R1和R2。当大量的光子打到屏幕上时,会出现干涉条纹。神棍们说,由于光子之间不能相互干涉,所以一定是每个光子自己跟自己干涉的后果。而光子自己跟自己干涉,说明一个光子同时从两个光路过来了。(注意:一个一个光子发射,也要发射很多光子才能形成所谓的自干涉条纹。单独一个光子发射,是不会有干涉条纹出现的)

7 神棍们更进一步。在光子经过半透镜A后,即将到达交叉点时,以迅雷不及掩耳盗铃之势随机决定是否放半透镜B。神棍们发现:只要不放半透镜B,一个光子就只能从一条光路过来,不存在一个光子同时从两条光路过来的可能;而只要放半透镜B,就一定有干涉条纹,一个光子同时从两个光路过来了。

天啊,时间在神棍们手中终于倒流了。光子走哪条光路、是否同时走两条光路,应该在经过半透镜A之后就决定了。而神棍们在光子经过半透镜A之后即将到达交叉点前改变测量方法,竟然让光子倒退回经过半透镜A之前的时间,来重新决定是否同时走两条光路。这就是时间机器啊。神迹降临了。

这就是大名鼎鼎的量子延迟实验。

读者朋友们阅读了本文前面关于量波和量子的内容,也应该可以判断是怎么回事了吧?

真相真的是很简单很简单耶:

波动的是量波,粒子是光子。量波时刻都同时在两条光路上,光子任何时候都只能通过一条光路。

神棍们在交叉点放置半透镜B之前,虽然两条光路都充斥了量波,可是神棍们看不到量波啊,神棍们能看到的只能是光子。而光子是粒子,所以自然只能看到一个光子从一条光路而来。

神棍们在交叉点放置半透镜2之后,两条光路上的量波在半透镜B之后彼此汇合了,交叉点之后的量波干涉出现了,交叉点之后量子干涉的概率出现了,光子按照量子概率在屏幕上分布,于是干涉条纹出现了。此时一个光子当然仍然只能从一条光路过来,并且一定是从光子经过半透镜A时选择的原有光路过来,压根就不可能有什么时间倒流去重新选择要同时从两条光路过来的事。

所以无论神棍们以多快的速度、多么真的随机数来变换测量方法,都是瞎子点灯白费蜡。人家同时通过光路的是量波,而不是量子。你非把两个不同的东西扯成一个东西,可不是要神经分裂嘛。

量子擦除实验的神迹

要说,量子延迟实验在神棍们嘴里吹嘘的神奇,还不够神奇。更神奇的是量子擦除实验。量子擦除实验是说:

碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们

1 在A、B双缝上分别放置两个1/4波片。1/4波片有个性质:光子振动方向与玻片光轴方向平行或垂直时,经过波片后光子振动方向不变。光子振动方向与玻片光轴方向斜交时,经过波片后会变成振动方向随时间变化的圆偏振。若斜交45度产生右旋圆偏振,则斜交-45度即为左旋圆偏振;反之亦然。所以只要两个波片光轴垂直,则会有如下现象:

若某光子通过缝A后会改为圆偏振,则其若通过缝B后会改为相反方向的圆偏振。

若某光子通过缝A后振动方向不变,则其若通过缝B后振动方向亦不变。

2 任何光子通过此双缝,在屏幕上不会有干涉条纹。神棍们解释是因为双缝上放置波片的做法对光子通过哪个缝作了标记,光子很聪明,看到神棍们这样标记后就从波摇身一变而为粒子,没有干涉条纹了。

真相是:方向相反的圆偏振量波之间是不会产生干涉的。

3 神棍们搞很多纠缠光子对,每个纠缠光子对分为甲乙两个光子。甲光子射向双缝。此时屏幕上显然仍不会有干涉条纹。

4 高潮来了!!!神棍们让众多乙光子射向一个偏振片,当偏振片调到合适的角度时,甲光子所在屏幕上的干涉条纹出现了。神棍们解释是:调节乙光子的偏振片角度使得穿过缝A和缝B之后的甲光子偏振方向相同时,甲光子的路径标记被消除了,屏幕上再无法区别甲光子是从哪个缝通过的,所以干涉条纹出现了。所谓量子擦除,系指擦除量子上的路径标志后就会出现干涉。

人们惊呆了:这TM分明就是上帝本人出来了。1、无论乙光子多么遥远,对乙光子的测量方法改变,会导致甲光子所在屏幕上的图像变化(读者朋友们是不是立刻想到量子超距通信,哈哈);2、只要可能被人们检测出来自哪个通路,光子就会从波摇身一变为粒子;而只要不能被人们检测出来自哪个通路,光子就会从粒子摇身一变为波这个光子就是神。微观中那么多天文地理无所不知九流三教无所不晓神通广大的量子神灵们组合在一起却成为这么愚蠢的人类,真是人类的罪过3、甲光子都已经穿过了缝,人们再去改变对遥远的乙光子的测量方式,居然能改变甲光子是穿过单缝还是穿过双缝的历史,这又是一个时间倒流的量子延迟选择实验。

这就是大名鼎鼎的量子擦除实验。

这个量子擦除实验会彻底让读懂了本文前面部分的读者朋友们也晕菜。为啥?本文前面在“量子纠缠与贝尔不等式”部分信誓旦旦地说:

“1、先测量甲量子的A状态,再测量乙量子的状态,多测几次计算出乙量子概率。2、先测量甲量子的B状态,再测量乙量子的状态,多测几次计算出乙量子概率。3、比较前后两步的乙量子概率。若前后两次的乙量子概率不同,那就证明对甲量子的测量会超距影响乙量子,否则就没有超距影响。答案很清楚:这个实验绝对不可能成功。因为这是真正的超距通信,不是魔术。神棍们的魔术怎么可能做成真刀真枪的超距实验?

然而在这个量子擦除实验中,神棍们不但通过改变对乙量子的测量方式来影响甲量子的概率,还直接就改变了甲量子在屏幕上的显示条纹。哈哈哈哈,这下轮到神棍们狂笑了。

咋回事?

这次的真相就更加暗黑了:神棍们直接就撒谎了。

真相是:在量子擦除实验中,如果乙光子和甲光子之间只有纠缠关系,则无论神棍们如何改变对乙光子的测量方式,甲光子屏幕上是不可能有任何变化的。如果有变化,那就麻烦了,意味着已知信息的传输可以超光速了。

那神棍们为啥说甲光子屏幕出现干涉条纹了呢?他们再次玩了一个魔术:

前已述及:部分甲光子经过1/4波片后偏振方向不变,剩余部分甲光子经过1/4波片后变为方向彼此相反的圆偏振。偏振方向不变的光子可以在屏幕上形成干涉条纹,但变为圆偏振的光子相互混杂而淹没了干涉条纹。所以屏幕最初看不到条纹。

本文前已述及:纠缠量子之间没有相互影响,但却彼此相关。所以屏幕上偏振方向不变的甲光子必然对应着彼此无影响但却相关的纠缠乙光子。

神棍们调节偏振片的角度,让偏振方向不变的甲光子所对应的乙光子可以通过偏振片。这样,每当有乙光子通过偏振片时,神棍们就记录打在屏幕上的纠缠甲光子。若乙光子没有通过偏振片,神棍们就不记录对应的甲光子。于是,甲光子屏幕上的干涉条纹就出现了。

读者朋友们恍然大悟了吧?

甲光子屏幕上之所以出现干涉条纹,那是因为神棍们直接动手把屏幕中无法形成干涉条纹的甲光子剔除了,只留下可以形成干涉条纹的甲光子。而这个动手的标准,就是看相应的乙光子是否通过偏振片。

如果神棍们允许所有甲光子自由自在地打在屏幕上而不手动剔除,那屏幕上就绝对不会有任何干涉条纹出现,任凭神棍们怎么调节乙光子的偏振片也无济于事。

家可以看上面的图形。乙光子射向Dp探测器,甲光子射向Ds探测器。Dp探测器和Ds探测器共同连接到甲光子显示屏。为啥要共同连接到甲光子显示屏?就是神棍们要根据乙光子是否通过偏振片来决定甲光子是否在屏幕上显示。如果我们把检测乙光子的Dp探测器与甲光子屏幕断开,神棍们就要哭了,无论他们如何测量乙光子,屏幕的显示都不会变。

所以说量子擦除实验中,“改变乙光子的测量方式会让甲光子屏幕产生或消除干涉条纹”,又是一个谎言。这个谎言的暗黑性,足以让任何不了解此实验详细步骤的任何人不具有分析能力。

按照神棍们这种“超距”改变甲光子屏幕显示的做法,我们完全可以做得比神棍们更炫:我们可以通过改变任意遥远距离的乙光子的测量方式,来使得甲光子屏幕上打出一头猪。

别被骗局误导点错了科技树

今天的自然科学界神棍泛滥,一如社会科学界。且目前有一趋势:自然科学界的神棍们与社会科学界的神棍们合流。社会科学界的神棍们主张科学来自宗教,自然科学界的神棍们证明科学就是宗教。在他们看来,人类要是离开宗教,那就没有文明。社会科学界的神棍经过我们这么多年的打假,现在气焰收敛多了。但自然科学界的神棍们不,他们自认为精通数理化,经过科学训练,是以严密的逻辑来论证问题,那是可以睥睨天下的,我要什么就是什么,我喜欢谁就是谁。

人或老于众人之中,也或流芳百世,也或遗臭万年。我有点担心那些要载入史册的科技神棍们,将留给后人怎样的笑柄。

量子科技,不是真的一文不名。相反,量子科技具有极大的潜力。但它的潜力决不在超距传输,不在量子意识这些神棍内容。它的潜力在量波的迭加上。由于波具有迭加性,所以多个波可以同时占据一个空间位置,对一个空间位置的操作也可能同时影响多个波。这对于计算机的存储和并行计算来说极其重要。这个原理并不神秘,我们亦可以在传统物理基础上构造机械波的存储和并行计算,只不过机械波的空间占位大、能量耗散亦大,最多可做量子计算的原理模型,难以达到量子计算的大数据和高速率要求。

碧波谈国计13|别闹了,量子神棍们

中国目前关于量子科技,花了太大资金和精力在量子通信等量子神秘性的伪科学上,对于真正能给中国科技带来革命性变革的量子计算却基本规避。即使有些做量子计算的工作者,也大都着眼于量子超距传输、量子瞬时塌缩等事实上与量子计算无关的噱头上。老老实实地着眼于量子迭加这种虽朴实、但却为量子计算根本性问题的,为数极少。而在美国这样的发达国家,虽然时不时也有量子通信的沉渣泛起,但其恐怕更多是一种战略欺骗。美国在量子科技上的主要投入毫无疑问是量子计算,只有中国才把量子通信当作主业。如此下去,中国可能会被骗局误导而点错量子科技的科技树。到时中国的国家机密既因量子通信的脆弱性而被破解,在量子计算上又被几何级数(事实上是远超几何级数)地甩在后面,社会意识形态上又被量子神棍们与宗教勾结而泛宗教化,斯时悔之晚矣。


[1]张天蓉:“走进量子纠缠系列”,《物理》201404期。

[2]程碧波:“关于量子波粒二象性的再思考”,《科技尚品》,2016.8,第208-214页。

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