潘建伟在2020年新年科学演讲中,以通俗而不失严谨的语言,回顾了量子力学百年来的发展历程,介绍了现代信息技术当前所面临的挑战,以及第二次量子革命如何引领新一代信息技术的发展。
爱因斯坦相信上帝是不掷骰子的,这里面的基本含义是什么呢?学过牛顿力学的人都知道,根据牛顿力学,一旦体系的初始条件是确定的,力也是确定的话,就意味着,所有粒子未来的运动状态都是可以精确预言的。继续往前想一步的话,好像我们的世界就是决定论的,包括今天的演讲,可能很早之前就已经决定好了。如果真是这样的话,个人的努力还有意义吗?
在《西部世界》里,有一位漂亮的女士,她以为她自己是有自由意志的,但是程序员告诉她,其实你是机器人,你讲的每一句话,我事先都设计好了,这就是决定论的一个困境。
量子力学告诉我们,单个粒子的物理量在测量前是没有确定状态的。对粒子1的测量,不仅仅决定它自身的状态,而且也瞬间决定粒子2的状态,无论它们相距多么遥远。
量子通信的一种应用是量子密钥分发,原理其实很简单。
单光子不可分割,所以我用一个个光子来传输密钥的时候,窃听者不可能砍走半个光子,他拿走了,接收者就收不到了,这个光子也就没用了。那么窃听者能不能复制一份?前面讲过了,量子不可克隆定理,测量的话,必然导致干涉条纹消失;通过观测干涉条纹是否消失,就知道你的光子状态是不是被别人窃听过。
也就是说,在量子密钥分发的过程中,原理上存在窃听是一定会被察觉的,我们就丢弃那些存在窃听的风险密钥,保留安全密钥,再加上“一次一密”的话,加密内容就不可破译,这是基于物理学原理的无条件安全。