“量子通讯”的成熟,是以量子引力信息隐形传输人工智能成功,为最高标准──假设定为,是100G智能互联网通信,它的目标类似“量子引力信息隐形传输智能手机”的使用──它的意义在于快速、大信息量的全球、全太阳系的全覆盖的万物互联网通信。那么潘建伟团队的“弱激光束无线通讯”的量子通讯做成熟,也只算10G智能互联网通信──它赛过目前5G和6G智能手机与互联网通信的前景。 为啥潘建伟团队不说他们的量子通讯“信道”中的“弱激光束,要包含多少个光子?传输200公里后,仍然有没有信号?光子被光纤吸收多少个?剩下的几个中偏振值不变仍然有效的有几个?” 他们连这种数字,都不公布,也许是他们对量子信息隐形传输实验中,从韦尔张量引力效应到里奇张量引力效应的认识还没有把握。甚至对量子纠缠信息隐形传输实验中的“第二信道”──类似韦尔张量效应的弱激光束量子秘钥在具体操作,用传统激光方法时,也遇到很多困难,但不妨碍他们已走进“量子通讯”。所以梅晓春教授说的疑问还有:“量子密钥分配只能采用点对点的模式,因此不能在互联网上进行非点对点的传送。除了要求发送和接收两端,同时拥有专用的量子通道和发送接收设备,还不允许线路中间有任何中继器、交换机和路由器的存在,因为这些都是可能产生泄密的部位”。 其实这个问题,深度学习在许多模式识别领域取得了巨大的成功,信息隐藏技术可以借用人工智能技术和思路,利用神经网络的对抗生成隐藏信息,获得人工智能相关技术与生俱来的自适应、海量等特点。所以转换到对于“量子计算机与量子通信”的基础研究者来说,可以看到因为“思路不同”,传统分析的无线电信息传输和光纤激光信息传输手段,难以发现量子纠缠信息隐形传输实验中,“量子计算机与量子通信”是一起结合,隐藏在量子纠缠信息隐形传输中的。 【2、深度学习2022年诺贝尔物理奖真功夫贝里相位】 2022年诺贝尔物理奖的划时代,类似麦克斯韦的电磁场方程组解决牛顿的万有引力无介质超距作用,转折到无线电波模式的变化的电场,产生变化的磁场;变化的磁场,产生变化的电场的循环交替的传播模式,提出量子纠缠超距作用传播模式的存在;潘建伟团队2022年初首次利用可实验验证的、类似贝尔不等式的定量判据的,存在定域、测量独立性、纠缠源独立性的在类空间隔纠缠交换光量子,以超过5.3个标准差的实验精度,验证了实数无法完整地描述标准量子力学,严格确认了量子力学中复数的必要性。 但类似麦克斯韦对前人“以太”学说的深度学习,把“变化的电场和变化的磁场”看成时空普遍类似“以太”粒子,存在的缺陷一样,潘建伟团队实验验证量子纠缠超距作用,实数无法完整地描述标准量子力学,也还没完善量子纠缠信息隐形传输中复数或虚数的粒子,或量子场的具有形态的缺陷。正是在这次2022年诺贝尔物理奖的划时代转折点上,张天蓉教授及时给予“AB效应和贝里相位”深度学习的指导──她在2022年10月12日科学网的博客专栏的论文即可见。 贝里(1941年-),英国数学物理学家,布里斯托尔大学教授。他主要以贝里相位而知名,该现象可以在量子力学和光学实验中观察到,是一种拓朴相位。贝里也曾得到过沃尔夫物理奖等多种奖项。 “AB效应和贝里相位”把变化的“量子场”看成,类似存在定域、测量独立性、纠缠源独立性的“粒子”或“量子”处理方法,也做出了证明量子力学非局域性的量子纠缠信息隐形传输存在的诺奖级别的贡献,并且是先于2022年获诺贝尔物理奖的──贝里相位被量子力学和光学实验的观察所证实;贝里相位或所谓的几何相位,它是通过封闭路径上贝里连接的积分来计算的。贝里相位描述了一个复矢量围绕给定路径的整体相位演化,与洞的数量不同,贝里相不仅是空间的特征,而且是空间中物理状态的特征。2016年诺贝尔物理学奖颁给了大卫•索利斯、邓肯•霍尔丹和迈克尔•科斯特利兹,在理论上发现了类似“AB效应和贝里相位”的拓扑相变与拓扑相贡献。 1、AB效应 电场E和磁场B,分别被定义为“单位电荷所受的电场力”和“单位长度通电导线受到的磁场力”。如果在电子运动的空间中,每一个点的电场和磁场都为0的话,对电子的运动就应该没有影响。那么既然“电场和磁场都为0”,对电子运动的影响从何而来呢? 亚基尔•阿哈罗诺夫(1932年-)出生在以色列,目前是加利福尼亚州查普曼大学的理论物理学教授。40多年前,阿哈罗诺夫就纠结于这个问题,发现实际描述电磁场有两种方式:一是用电场磁场(E和B),另一种是用电磁势(A,φ)。前者基于“力”,后者基于“能量”。传统认为“力”比“能量”更基本,即从经典麦克斯韦电磁理论的观点认为:电场E和磁场B是更基本的、具观测效应的物理量,标量势φ和矢势A仅是为了计算方便,而引入的可有可无的东西,仅仅具有数学意义,并不代表物理实质。 并且电磁势还不是唯一的,不同的规范选择下的电磁势(A,φ)可以对应于同样的(E,B),这点可以用“势能“概念作类比:决定引力大小的,不是绝对势能值,而是高度差。然而随着量子力学的建立,“力”概念逐渐淡出,变得次要,而“能量”概念越来越起主导作用。那是因为粒子具有波粒二象性,没有确定的轨道,难以谈“力”,“能量”则对宏观微观都适用。因此,在电子的薛定谔方程中,一般使用电磁势而不是场强,于是便提出了”哪一套物理量(A,φ还是E,B)更为基本”的问题? 上世纪60年代阿哈罗诺夫和玻姆,没有追踪这个热门而孤独地扑在两个基本物理量(“力”和 “能量”)的关联上,提出了一个思想实验:电磁理论中的电标势φ和磁矢势A,真的只是数学工具,没有“真实”物理意义吗?他们认为应该由物理实验来回答。 为寻找特定运动电子构想:只有电磁势(A, φ),没有电场磁场(E或B)的环境,他们巧妙地来证实磁矢势A和标势φ是有物理意义的。当时他们设计了电AB效应和磁AB效应两种方案,电AB效应却一直未能实现,但磁AB效应很快就实现了,并已被多次证实。 2、磁AB效应实验 考虑一个理想化的通电螺旋线圈,电流在线圈内部产生磁场。如果线圈非常细又非常长,磁场B将完全被限制在螺旋管内部。在螺旋管外部的整个空间里,电场E和磁场B都为零,但是,磁矢势A却可以不为0。此外,量子力学中有一个著名的双缝电子干涉实验:电子通过两条狭缝后,荧光屏上出现干涉条纹,从而证实了电子的波动性。这便是阿哈罗诺夫和玻姆的实验构想:在双缝实验的两个狭缝间靠近狭缝处,插入一个非常细无限长的通电螺线管。 实验分两步进行:第一步时线圈中不通电,调节光路使得屏幕上出现明暗相间的干涉条纹。然后,再将线圈通电。这时候,实验结果也是干涉条纹,两次的干涉条纹会发生变化而不同吗? 即线圈不通电,内部外部都是E=0,B=0,A也为0。线圈通电,但紧密缠绕的螺线管将磁场完全包在了它的内部,外部磁场仍然为0,不过,外部的A不为0。从经典电磁理论观点分析,两种情况下电子运动的空间以内均无电磁场,干涉图像不会变化。虽然圈外的磁矢势A不为0,但经典理论认为A不影响电子运动。 然而,如果用量子理论来计算,却会预期一个不同的结果。他们认为,通电螺线管的存在会使原来的干涉条纹产生移动。如果通过螺线管的电流反向,干涉图像移动的方向也会反向。他们进行详细理论计算设计的验证实验,引起了广泛的关注。之后近30年内有许多与此相关的实验,也得到他们预期的结果。但也总有果争论,认为理论有缺陷,实验也可能存在漏磁现象。一直到了1986年日立公司的科学家等人的严格无漏磁通的实验,才得到了学术界的最后认可。 后来在超导体中也得到验证。至今又过去了几十年,AB效应已被物理学界完全肯定,并写入了教科书成为不可缺少的基本概念。 3、定域性和非定域性 AB效应之所以引起物理界关注几十年,因为它涉及到量子定域性还是非定域性?也就是与爱因斯坦和玻尔“世纪之争”相类似的问题,以及对贝尔1964年提出的贝尔不等式的实验验证。 现在最终都证明量子理论是非定域的。但麦克斯韦方程是定域性质的微分方程。这种定域的描述方式是很容易得到公认的,如此描述的物质间的相互作用,是由场传递的接触作用。它克服了牛顿力学“超距作用”的困难,将带电粒子运动状况的变化归结为,每一点的场对它逐点作用的结果。因此经典电磁理论认为,只有空间中每一点的电磁场的强度,以及它使得运动电子经过该点时所受到的电磁力,才是基本的,才具有可观察的物理意义。 定域性质的微分方程认为,电磁势不是物理可观察量的另一关键点是:电场和磁场是规范不变的,而电磁势在不同的规范下,则取不同的值。举个例子:几万伏特的高压电线是很可怕的,但停在上面的鸟儿,却仍然活蹦乱跳,丝毫感受不到危险,这是为什么? 那是因为我们是站在地面上,高压线的电压,相对于地面的数值很高。尽管如此,但在鸟儿能接触到的局部小空间范围内,这个值却没有什么物理意义。鸟儿能感受到的、对它能表现物理效应的,是它两只脚两点间的电压差,而不是某点电压对地的绝对数值。因此,对鸟儿来说,完全可以作一个电压的平移变换(V->V’),将电线上某点的电压值设为0。这样来研究问题,计算要简单些。 因为有物理意义的电压差(V1-V2)是在平移变换中保持不变的,所以鸟儿感受到的物理效应在变换下将没有任何区别。电磁理论中的规范变换便与此有点类似,当然比鸟儿问题要复杂许多,但却同样也能起到简化计算,保持物理基本量不变的效果。 经典和量子的冲突有两个问题需要澄清:首先经典认为物体间的相互作用是定域的,意味着相互作用只能在“附近”发生,也就是说任何物理效应都不可能以大于光速的速度传递,所以,定域性似乎保持了事件之间的因果性。然而,量子(例如AB效应和贝尔实验)却打破了定域性的概念,证明了量子理论是非定域的、 这是不是说量子理论允许超光速,违背了相对论呢?相对论说的是能量和信息的传播速度不能超过光速,量子现象中的超光速也许可以不解释为这种情况,即量子理论非定域,不一定违反因果律。 第二个问题是:在AB实验中,是否存在某种规范变换,使得线圈外所有点的磁矢势A都变成0呢?答案是否定的,因为AB效应与几何相位(也称拓扑相位)的概念有关:几何相位与电子运动的动力学无关,而是仅仅与电子运动空间的拓扑结构有关,因此,一定的空间拓扑下,规范变换不能使电磁势完全变成0。
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