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袁岚峰:这些否定量子通信的说法,为什么是错的?
关键字: 墨子号量子实验卫星量子通讯量子密钥分配量子通信骗局2016年7月22日,美国国家科学技术委员会发布《先进量子信息科学:国家挑战及机遇》报告。报告总结了量子信息科学的应用前景,分析了美国在该领域发展所面临的挑战,以及目前的投资重点等。其中提到:
量子通信是目前较活跃的研究领域。其中,量子密钥分配研究近期受到广泛关注。近期,量子通信还可能应用于虚拟货币防伪和量子指纹鉴定等。远期应用方面,量子网络将连接分布式量子传感器,用于全球地震监测。未来5-10年,将开发出可靠的光子源及相关技术,实现远距离量子信息传输,并推动量子处理器间数据共享协议的相关理论研究。
……美国国防高级研究计划局(DARPA)将持续资助量子信息科学不同领域的项目,其中:1、“量子辅助传感与读取”项目寻求研发在低于或近于标准量子极限条件下工作的传感器;2、Quiness项目正在探索改进量子通信的各种方案;3、“光学晶格仿真器”项目旨在模拟原子系统中量子材料的属性;4、“量子纠缠科学与技术”项目寻求克服量子信息科学领域突出挑战的创新性方案;5、近期启动的“光子探测的基础极限”项目旨在研发促进光子探测器建模与制造方面革命性进步的创新方案。
请看,美国放弃量子通信研究了吗?
实际上,美国欧洲大幅增加对量子信息研究的投资,很大程度上是受到了中国进步神速的刺激。对此,那些永远自卑的人会说些什么呢?
十一、为什么不把希望放在完善传统通信上?
有人给量子通信吹毛求疵地找出了一大堆“缺点”,其实说来说去,最大的“缺点”就是有人窃听时不能通信,如前所述。好吧,不用量子通信,那打算用什么呢?他们的回答是:传统通信才是正道,还有很多潜力可挖。具体的办法,中国民航管理干部学院程碧波发表论文《容量加密:大密钥等长加密》,认为用大容量存储材料一次分发大量密钥可以实现量子计算机也无法破解的绝对安全(相当于现在银行用的U盾),也有说发展RSA之外的公钥密码体系的。
我们首先应该肯定,发展新的传统通信方法是有价值的。任何新的技术路线都值得欢迎,它们都可能有适用的范围,应该认真研究。但是,我们也需要认清,传统通信不能解决根本问题,量子通信才代表未来。
量子通信在物理原理层面杜绝窃听,这是一个巨大的优势,不是传统通信修修补补就能找回来的。发U盾,会遇到对称密码体制的老问题,信使不安全。其他公钥密码体系的算法,照样有可能被计算技术的进步攻克,更危险的是,也许已经被攻克了。
可以用一个经典的比喻,量子通信好比火车,传统通信好比马车。火车刚出来的时候,在很多方面不如马车。例如火车只能在铁轨上跑,马车可以去任何地方。火车刚开始跑得很慢,还不如马车。火车还经常出毛病,动不动就趴窝。但即使有这些缺点,有远见的人还是能看明白,火车改进的空间远远大于马车,未来一定是属于火车的,因为在原理上火车就比马车强,能够做到很多马车做不到的事。发展马车技术当然是好的,但如果因此抛弃了火车,那真是愚不可及了!
十二、对量子通信的描述听起来就不靠谱?
举个例子,潘建伟在一个科普报告中说:“比如说我在上海的航班延误了,但要在几分钟之内到北京,怎么办?我坐飞机肯定不行了,但是如果说北京和上海之间我有两团纠缠物质的话,我可以对上海的这个潘建伟和旁边这种纠缠物质进行一种测量,把它都变成一个个纠缠粒子,那么你会得到一组数,通过这无线电台可以把它发射到北京。到了北京之后,可以对这团物质再做一种所谓的幺正变换,就可以用同样多的物质把它给重构出来。这样一种过程,我们就把它叫作量子世界的筋斗云。当然,要传送人、传送比较复杂的客体,还需要比较长的时间。”
对此,有人嘲讽道:“潘建伟大师的终极目标是大变活人,用量子纠缠态进行隐形传输,把一个人分解了以接近光速瞬间传输到另一个遥远的地方组装,这么重大的军事价值,国家应该投资几万亿。”
显然他没有看懂,这只是对量子隐形传态的一个比喻。1997年潘建伟参与实现了光子的一个自由度的量子隐形传态,入选《自然》杂志的“百年物理学21篇经典论文”。2015年潘建伟、陆朝阳等人实现了光子的两个自由度的量子隐形传态,被英国物理学会评为年度十大物理学突破之首。这些是实实在在、获得公认的科学成就。原理上,用量子隐形传态是可以传人的,只是人体的自由度大概有10的28次方之多,所以离实现还太遥远。
科学家在媒体面前经常有一种无奈:说得专业、准确,对方听不懂;做个形象的比喻,又损失了准确性。普通人如果感到媒体上的一些表述不可思议,应该想到这可能只是一个形象的说法。他们要是给你摆出一堆数学公式和实验仪器,严谨倒是严谨了,你看得懂吗?因此,要质疑科学家,针对的应该是他们的科学著作,而不是媒体上的比喻。
举个例子,我的文章《科普核聚变》,从专业的角度看来已经比较浅显了,许多读者表示看懂了,但也有大片喊“看不懂”的。如果有人因为自己看不懂就认为核聚变都是骗人的,你觉得他有道理吗?
大家要想明白一个基本道理,现代科学是很不容易学会的,博士寒窗苦读十几年不是白读的。三言两语就给普通人讲得完全理解,世界上怎么可能有这么便宜的事?科普只是尽量给读者讲清楚科学道理,但人力有时而穷,科普不可能代替长期的专业学习。你坐汽车、飞机的时候,有没有先完全理解内燃机的原理?大多数人没有,只是相信专业人员而已。这是现代社会能够运行的基本前提。如果你什么都不信,那只能住到山洞里去了。
十三、量子通信整个是骗局?
如果说以上这些还算在讲道理,那么有些人是最糟糕的,一点道理都不讲,直接造谣传谣。例如有一张图片到处传,说量子通信是滥竽充数,主管领导骑虎难下同流合污,所有人都知道是骗局,只有国家最高层的领导不知道。什么样的人,才会相信这种完全不讲任何证据的污蔑?
其实,关于量子通信已经有了许多很好的科普作品,引起了广泛的兴趣。很多读者即使没有完全看懂,也提高了科学素养。但上述这些否定量子通信的人,全都充耳不闻。他们不明白,量子通信不仅是一个工程项目,也是一个科研领域。全世界有成千上万的科学家在进行研究,成果公开发表在科学期刊上。如果科学原理方面有什么错误,一来投稿时通不过评委审议,二来即使发表了也会被更大范围的同行发现。如果量子通信像这些人说的这么糟糕,早就被提出来,而且引起热烈的讨论了。之所以没有,正是因为这些观点不成立,在正规学术期刊上发表不了。
十四、如何看待这些否定量子通信的言论?
需要强调一下,量子通信不是个可有可无的问题,而是个生死攸关的问题。当量子计算机实用化时,传统通信将变成完全无密可言。习近平主席说,要确保不被敌实施技术突袭。而没有量子通信,就会被技术突袭。有没有量子通信,不是80分和90分的区别,而是0和1的区别,甚至生和死的区别。因此,非理性否定量子通信的说法对社会的危害不小,需要认真对待。
在哲学层面上,世界上总是有人通过建设来表现价值,有人通过诋毁别人的建设来表现价值。谩骂量子通信的网络舆论,是自暴自弃者的狂欢,表现出人性的丑陋一面。鲁迅先生的两段文字,正像为今日所写,历久弥新:
我独不解中国人何以于旧状况那么心平气和,于较新的机运就这么疾首蹙额;于已成之局那么委曲求全,于初兴之事就这么求全责备?(《华盖集·流产与断种》)
愿中国青年都摆脱冷气,只是向上走,不必听自暴自弃者的说话。能做事的做事,能发声的发声。有一分热,发一分光。(《热风·随感录四十一》)
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