真实的量子科学是什么样的？

最近有关“量子波动速度法”的新闻让笔者大跌眼镜，习得此法，能在1-5分钟看完一本10万字左右的书籍，具体操作步骤如下：1，左手稳住书脊；2，右手食指到小拇指拖住书背，3，大拇指压住书边，疯狂将纸张送出；4，闭眼感受清风，那是知识的波动。

接着有媒体发现，有机构通过量子干预技术可以进行远程接骨。不过该公司近日已经人去楼区，不少投资者直呼上当。

外界果然传的没有错，量子科学的确是一个考验智商的存在。

本周的荐书栏目所要推荐的是一本外行都能看懂的量子书籍——《猫、爱因斯坦和密码学：我也能看懂的量子通信》。该书属于知乎一小时系列，短小精悍。

一

有江湖的地方就有门派，有门派就有撕逼，在20世纪初，物理学江湖在光的问题上，存在两个门派——粒派、波派。如果光是粒子，它就像一个光滑的小球；如果是波，就可以解释干涉、衍射、偏振等现象。

这可如何是好，到底怎么站队呢？你问为什么连这个问题都争执，作者给出了回答“信仰！”科学家们都以为自己信奉的是真理。

直到1924年，终于有人大彻大悟：波or粒子，为什么不能两者皆有呢？波和粒如同阴阳一般相生相克，就像一枚硬币的正反两面（波粒二象性），只不过我们一直以来都在盲人摸象、各执一词。

当然，这离不开一个灵异实验——双缝干涉实验。

一束光，打到双缝上，如果是纯粒子，那就在背板上留下两道杠，如果是纯波，那屏幕上就出现斑马线。如果是波粒二象性，那就是杂交混合体。

第一次实验，得出标准斑马线。粒子派不服气，换个方法再做一次。

第二次实验，采用点射，一次发射一个光子。结果，还是斑马线。问题来了，为什么一个个过去还是斑马线？粒子有精神分裂？

第三次实验，在屏幕前加两个摄像头，看着它过去。结果发现，并没有光子分裂。诡异的是，屏幕上只出现了两道杠。

这就是观察者的魔咒，此时量子魔法时代的大幕，也在徐徐拉开。

二

通过前面的烧脑实验，波尔总结了量子世界的三大基本原则：1，态叠加原理；2，测不准原理；3，观察者原理。

（备注：1，态叠加原理：在量子世界，一切事物可以同时处于不同的状态（叠加态），各种可能性并存。比如，在双缝干涉实验中，一个光子可以同时处在左缝和右缝。这种人类无法想象的叠加态，才是最普通不过的本质形态；而在我们看来”正常”的非黑即白，才是一种特例。

2，叠加态是不可能精确测量的。比如，精确测出了粒子的位置，但它的速度却永远测不准！这并不是因为仪器精度不够高，其实，仪器再好都没用。这个不可能是被宇宙规律所禁锢的”不可能”，而非”有可能但目前做不到”。

3，观察者原理。虽然一切事物都是多种可能性的叠加，但是，我们永远看不到一个既左且右、又黑又白的量子物体。只要进行观测，必然看到一个确定无疑的结果。至于到底看到哪个态则是随机的，其概率高低取决于叠加态中哪个态的成分居多。）

这样就好解释了：没装摄像头：光子在未观测的情况下处于”多种可能性并存”的叠加态，以50%的概率同时通过了左缝和右缝，形成干涉条纹；

装上摄像头：光子被观测后只能处于一个态，不能神奇地同时穿双缝了，所以干涉条纹就消失了。

很多人不服，这太反人类了，波尔的说法是，在观测的一瞬间，光子随机变成多种可能中的一种，过程叫“塌缩”。

而薛定谔拿出一只猫前来迎战。也就是薛定谔的猫。——和猫同处一室的还有个自动化装置，内含一个放射性原子：如果原子核衰变，就会激发α射线->射线触发开关->开关启动锤子->锤子落下->打破毒药瓶，于是猫当场毙命。

现在问题来了， 猫死没死，跟开箱观察没有关系，不开箱就已经是死猫或者活猫了。

而波尔那句话似乎可以改成：只要微观粒子处于”可能被精确测量”的环境下，它就会自动塌缩，并不需要等待”观察者”就位。

1996年，美国人梦露（男）用单个铍离子制成”薛定谔猫态”并拍下了快照，发现铍离子在第一个位置处于自旋向上的状态，而同时又在第二个位置自旋向下，而这两个状态相距80纳米之遥！

这是人类有史以来第一次，亲眼”看”到活生生的量子叠加现象。

2004年，潘建伟团队首次实现了多光子的薛定谔猫态。虽然这只猫的身材依旧苗条——浑身上下只有5个光子。

如果继续增加粒子数量，是不是能把小猫慢慢喂肥成大猫呢？

然而，现实很残酷：目前”薛猫”的最高纪录，仍然是潘建伟2012年实现的8光子叠加态。要知道，为了增加区区3个光子，实验用了整整8年时间。可想而知，要让猫身上亿个原子同时处于量子叠加态，绝非易事。

三

下面请出一个神器——粒子对撞机。

在对撞机中的母粒子被撞击后，分裂成两个更小的粒子A和B。因为能量守恒原理，子粒子能量相同，方向相反。比如说，因为母粒子静止不动，所以分裂后的子粒子A向左边飞，B一定往右边飞，这样才能左右抵消。同理，A的自旋（角动量）向上，B的自旋一定向下。

A和B这对龙凤胎粒子，自打出娘胎起，他们的性别就没确定，直到有人来看了一眼，这才瞬间分出男女！

然而和薛猫不同的是，箱子里的猫只有一只，孪生粒子却有两个。而且，这两个粒子即使相隔很远很远，叠加态也能保持不变。如同在千里之外，瞬间产生联系……

爱因斯坦认为，根本不存在薛定谔思想实验中那只不死不活的叠加态的猫。猫的死活在观测之前就是定数，只不过愚蠢的人类看不见箱子里发生的一切，只能推测出”50%活or 50%死”的概率。

然而，在薛定谔”孪生粒子”的思想实验中，两个相距万里的粒子，观测出A的状态，也就知道B的状态，因为A和B都是一个母粒子分裂而成的，B的状态一定和A相反。

因为A、B两个粒子的命运紧密相连，牵一发而动全身，所以薛老师给起了个性感的名字：量子纠缠。

这就好比如：母亲把一双鞋分给兄弟俩，他们各带一只远走他乡。中国的哥哥打开盒子发现是左脚，就知道弟弟带到美国的另一只一定是右脚。

奇怪的是，根据量子力学的说法，弟弟那只鞋左还是右，不是他妈决定的，而是哥哥”打开盒子”的行为决定的。在哥哥看到左脚鞋的一瞬间，鞋里飞出一个神秘的信号，闪电般穿过千山万水，通知美国的另一只鞋变成右脚！

这个速度能有多快？

无限快。

通过对粒子A的观测，居然瞬间让远方的粒子B的量子叠加态塌缩了——这被爱因斯坦斥为”幽灵般的超距作用”。

2008年的幽灵成像，侧面证明了量子纠缠绝非幻想的最直观的实验。

幽灵成像的原理通俗易懂：先把红光子和蓝光子”纠缠”到一起，然后两者分开各走各路。红光穿过狭缝打出一定形状的图案，蓝光不穿缝正常走。

实验结果绝对震撼：明明没有穿过狭缝的蓝光，竟然也投射出了与红光相同形状的图像！

这次，你总不能说：光子在纠缠之前就已经是那个形状了吧！

这就意味着，我们可以远程发送图像甚至视频，而无论距离多远、哪怕从宇宙的另一端传过来都是瞬时传输的，延迟时间永远为0。

然而，这岂不是违反相对论（任何信息和物质不能超过光速）的公理了吗？

并没有！

虽然信息是瞬时传送过来了，但要把其中的乱码剔除，提取出真正的内容，还是必须把图像用不超光速的传统方式再发一遍。让爱因斯坦操碎了心的”超光速”问题，原来只是杞人忧天！

2013年，Maldancena和Susskind发现，量子纠缠和虫洞（虫洞即爱因斯坦·罗森桥）在数学模型上非常相似。他们猜想，量子纠缠也许就是一个微型虫洞。

2013年，Maldancena和Susskind发现，量子纠缠和虫洞（虫洞即爱因斯坦·罗森桥）在数学模型上非常相似。他们猜想，量子纠缠也许就是一个微型虫洞。

量子纠缠中最神秘的现象”超距作用”其实并没有超越光速，而是像虫洞那样穿越了时空。这就是为什么，孪生粒子能够异地千里，同呼吸、共命运的真正原因。

而在2010年Van Raamsdonk的独立研究中，就发现了更为惊人的线索。

他建立了一个类似真实宇宙的三维宇宙模型，一旦在模型中去掉量子纠缠，时间和空间就会被打乱成碎片。

基于量子纠缠，可以造出比现在快1亿倍的量子计算机，而超距作用和贝尔不等式，则把量子纠缠变成了加密通信领域的终极武器。

改变世界的时刻真的到了！

但一定不是接骨和速读。

（本文是简化版的《猫、爱因斯坦和密码学：我也能看懂的量子通信》，更多精彩还需去原书中寻。）