Tc=18.1K,Hc=24.5 特 其 他 重 要 的 超 导 化 合 物 还 有 V3Ga,Tc=16.8K,Hc=24 特 ;Nb3Al,Tc=18.8K, Hc=30 特 在 镧 - 钡 - 铜 - 氧 化 物 中 发 现 了 Tc=35K 的 超 导 电 性 钡 - 钇 - 铜 氧 化 物

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1 超 导 量 子 信 息 技 术 机 理 和 弱 力 应 用 解 密 三 旋 理 论 (2) 汤 建 国 苟 华 建 王 德 奎 陈 天 鹰 翁 杰 ( 中 铁 ( 成 ) 中 铁 通 信 信 号 Noah's Ark 智 能 化 项 目 课 题 组 ) 摘 要 : 在 超 导 材 料 和 超 导 信 息 技 术 的 设 计 和 实 验 中, 超 导 量 子 传 输 机 理 实 现 的 难 点 真 正 在 哪 里? 现 讨 论 用 超 导 量 子 比 特 弱 力 和 孤 子 链 实 现 共 轭 信 息 传 输 和 超 导 量 子 信 息 技 术 [ 汤 建 国 苟 华 建 王 德 奎 陈 天 鹰 翁 杰. 超 导 量 子 信 息 技 术 机 理 和 弱 力 应 用. Academia Arena, 2011;3(11):20-34] (ISSN X).. 关 键 词 : 超 导 材 料 量 子 技 术 隐 形 传 输 弱 力 孤 子 链 1993 年, 美 国 物 理 学 家 贝 尼 特 等 人 提 出 了 量 子 态 隐 形 传 输 的 方 案 2004 年, 美 国 和 奥 地 利 的 物 理 学 家 实 现 了 原 子 间 的 量 子 态 隐 形 传 输 从 一 般 的 通 信 信 号 发 展 到 全 新 通 信 方 式 的 超 导 量 子 通 信 网 络, 在 信 息 技 术 和 高 铁 技 术 中 已 属 于 基 础 科 学 技 术 和 前 沿 科 学 技 术 目 前 由 中 国 科 大 和 清 华 大 学 实 现 的 世 界 上 最 远 距 离 的 量 子 态 隐 形 是 16 公 里, 这 已 经 比 原 世 界 纪 录 提 高 了 20 多 倍 我 们 在 超 导 量 子 信 息 技 术 及 传 输 方 面 的 研 究 工 作 和 工 程 设 计 也 取 得 了 根 本 突 破 和 技 术 成 果, 走 到 了 国 际 前 沿, 也 是 我 们 为 之 奋 斗 的 中 国 制 造 中 国 创 意 中 国 设 计 中 国 科 学 指 导 思 想 的 具 体 实 践 这 里 只 就 超 导 量 子 信 息 技 术 机 理 和 弱 力 应 用 原 理 作 一 些 讨 论 一 超 导 材 料 技 术 机 理 与 超 导 信 息 众 所 周 知, 研 究 超 导 和 量 子 隐 形 传 输 在 国 内 外 都 是 基 础 和 前 沿 研 究, 超 导 量 子 隐 形 传 输 仅 有 理 论 不 行 我 们 在 超 导 量 子 信 息 技 术 及 智 能 计 算 机 等 一 系 列 研 究 工 作 中, 多 年 来 做 了 大 量 的 实 验 和 创 新, 精 益 求 精 地 做 成 相 关 的 技 术 设 备 和 合 格 产 品 1 一 切 的 理 论, 都 必 须 落 实 到 基 础 的 信 息 技 术 设 备 和 元 件 的 生 产 上, 制 造 超 导 信 息 技 术 器 件 要 明 白 超 导 和 弱 力 能 源 原 理 在 此 的 应 用 和 突 破 国 内 在 超 导 量 子 方 面, 中 科 院 中 科 大 清 华 大 学 南 京 大 学 复 旦 大 学 等 有 不 少 成 果 我 们 在 这 方 面 也 做 了 大 量 的 研 究 工 作 和 工 程 设 计 1) 超 导 材 料 和 元 器 件 : 任 何 物 质 都 是 在 一 定 的 物 理 条 件 ( 包 括 温 度 压 强 和 电 磁 场 等 ) 下 形 成 并 存 在 的 拓 展 物 理 实 验 条 件 到 极 端 状 态, 可 以 形 成 许 多 在 常 规 条 件 下 不 能 得 到 的 新 物 态 ; 极 端 条 件 可 以 拓 展 物 质 科 学 的 研 究 空 间, 为 解 决 当 前 许 多 重 大 科 学 技 术 中 的 疑 难 问 题, 发 现 许 多 在 常 规 条 件 下 不 会 出 现 的 新 现 象, 从 而 拓 展 我 们 认 识 自 然 改 造 自 然 和 造 福 人 类 的 能 力, 为 解 决 当 前 许 多 重 大 科 学 技 术 中 的 疑 难 问 题, 以 及 创 造 新 物 态 合 成 新 材 料 发 现 新 现 象 提 供 前 所 未 有 的 机 遇 例 如, 某 些 金 属 合 金 和 化 合 物, 在 温 度 降 到 绝 对 零 度 附 近 某 一 特 定 温 度 时, 它 们 的 电 阻 率 突 然 减 小 到 无 法 测 量 的 超 导 现 象, 是 一 个 宏 观 量 子 现 象, 其 发 生 超 导 现 象 的 物 质 叫 做 超 导 体 零 电 阻 是 超 导 体 的 基 本 特 征, 超 导 体 还 是 一 个 完 全 的 抗 磁 场 体 寻 找 超 导 材 料 方 法 主 要 两 类, 一 类 是 混 合 数 种 金 属 的 冶 金 学 方 法, 一 类 是 以 绝 缘 体 为 主 体 材 料 混 入 不 纯 物 的 化 学 方 法, 其 铜 氧 化 物 高 温 超 导 材 料 最 具 代 表 性 2011 年 日 本 东 京 大 学 和 东 北 大 学 等 研 制 超 导 材 料, 是 利 用 电 场 效 应 使 绝 缘 材 料 具 有 超 导 性 另 一 种 新 手 段, 它 能 够 使 钽 酸 钾 这 样 的 原 先 认 为 不 能 成 为 超 导 材 料 的 物 质 拥 有 超 导 性 这 也 能 启 发 寻 找 类 似 隐 形 传 输 芯 片 具 有 更 高 临 界 温 度 的 超 导 新 材 料 研 制 他 们 的 办 法 是, 选 择 化 学 性 质 非 常 稳 定 几 乎 不 含 任 何 杂 质 的 钽 酸 钾 作 为 绝 缘 材 料, 然 后 将 固 体 绝 缘 材 料 放 置 在 一 种 含 离 子 的 液 体 中, 绝 缘 材 料 表 面 会 自 发 形 成 双 电 层 在 这 种 电 场 效 应 下, 绝 缘 材 料 具 有 了 超 导 性, 在 温 度 零 下 摄 氏 度 的 环 境 下 实 现 了 零 电 阻 超 导 体 由 正 常 态 转 变 为 超 导 态 的 温 度, 称 为 这 种 物 质 的 转 变 温 度 ( 或 临 界 温 度 ) Tc 现 已 发 现 大 多 数 金 属 元 素 以 及 数 以 千 计 的 合 金 化 合 物 都 在 不 同 条 件 下 显 示 出 超 导 性 如 钨 的 转 变 温 度 为 0.012K, 锌 为 0.75K, 铝 为 1.196K, 铅 为 7.193K 由 镧 锶 铜 氧 组 成 的 陶 瓷 材 料 在 14 温 度 下 存 在 超 导 迹 象 超 导 元 素 加 入 某 些 其 他 元 素 作 合 金 成 分, 可 以 使 超 导 材 料 的 全 部 性 能 提 高 如 最 先 应 用 的 铌 锆 合 金 (Nb-75Zr), 其 Tc 为 10.8K,Hc 为 8.7 特 继 后 发 展 了 铌 钛 合 金, 虽 然 Tc 稍 低 了 些, 但 Hc 高 得 多, 在 给 定 磁 场 能 承 载 更 大 电 流 其 性 能 是 Nb-33Ti, Tc=9.3K,Hc=11.0 特 ;Nb-60Ti,Tc=9.3K,Hc=12 特 (4.2K) 目 前 铌 钛 合 金 是 用 7~8 特 磁 场 下 的 主 要 超 导 磁 体 材 料 铌 钛 合 金 再 加 入 钽 的 三 元 合 金, 性 能 提 高,Nb-60Ti-4Ta 的 性 能 是,Tc=9.9K,Hc=12.4 特 (4.2K);Nb-70Ti-5Ta 的 性 能 是,Tc=9.8K,Hc=12.8 特 在 常 压 下 有 28 种 元 素 具 超 导 电 性, 其 中 铌 (Nb) 的 Tc 最 高, 为 9.26K 超 导 元 素 与 其 他 元 素 化 合 常 有 很 好 的 超 导 性 能 如 已 大 量 使 用 的 Nb3Sn, 其 20

2 Tc=18.1K,Hc=24.5 特 其 他 重 要 的 超 导 化 合 物 还 有 V3Ga,Tc=16.8K,Hc=24 特 ;Nb3Al,Tc=18.8K, Hc=30 特 在 镧 - 钡 - 铜 - 氧 化 物 中 发 现 了 Tc=35K 的 超 导 电 性 钡 - 钇 - 铜 氧 化 物 中 发 现 Tc 处 于 液 氮 温 区 有 超 导 电 性 加 拿 大 和 德 国 的 科 学 家 共 同 合 作, 通 过 在 高 压 下 对 硅 烷 ( 一 种 富 氢 化 合 物 ) 进 行 作 用, 发 现 了 一 种 作 为 超 导 新 型 材 料 分 子 氢 化 物 周 廉 院 士 研 究 小 组 攻 克 高 均 匀 NbTi 合 金 熔 炼 技 术 和 二 硼 化 镁 超 导 线 材 研 究 高 Jc 线 材 制 备 技 术 难 关, 这 一 成 果 被 国 际 超 导 界 权 威 誉 为 开 创 了 高 临 界 电 流 密 度 铌 钛 超 导 体 研 究 的 新 纪 元, 使 钇 钡 铜 超 导 体 材 料 的 电 学 性 能 超 越 了 世 界 纪 录 超 导 材 料 制 作 通 信 电 缆 和 天 线, 其 性 能 优 于 常 规 材 料 用 超 导 材 料 的 约 瑟 夫 森 结 作 计 算 机 的 逻 辑 和 存 储 元 件, 其 运 算 速 度 比 高 性 能 集 成 电 路 的 快 10~20 倍, 功 耗 只 有 四 分 之 一 用 超 导 材 料 的 约 瑟 夫 森 效 应, 可 制 作 一 系 列 精 密 测 量 仪 表 以 及 辐 射 探 测 器 微 波 发 生 器 逻 辑 元 件 等 2) 超 导 体 在 强 磁 场 中 机 理 : 研 究 侧 重 于 正 常 态 在 强 磁 场 下 的 磁 阻 霍 尔 效 应 涨 落 效 应 能 带 结 构 费 米 面 的 性 质 以 及 T<Tc 时 用 强 磁 场 破 坏 超 导 达 到 正 常 态 时 的 运 输 性 质, 有 机 ( 包 括 富 勒 烯 ) 超 导 体 在 磁 场 中 的 输 运 和 载 流 子 特 性, 混 合 态 区 域 的 磁 通 线 运 动, 不 可 逆 线 性 质 起 因 及 其 与 磁 场 和 温 度 的 关 系, 临 界 电 流 密 度 与 磁 场 和 温 度 的 依 赖 关 系 及 各 向 异 性 ; 强 磁 场 下 二 维 电 子 气 中 非 线 性 元 激 发 的 特 异 属 性, 低 维 磁 性 材 料 的 相 变 和 磁 相 互 作 用, 强 磁 场 下 的 低 维 凝 聚 态 特 性 ; 低 维 性 使 得 低 维 体 系 表 现 出 三 维 体 系 所 没 有 的 特 性, 低 维 不 稳 定 性 导 致 了 多 种 有 序 相 等 强 磁 场 是 揭 示 低 维 凝 聚 态 特 性 的 有 效 手 段 在 强 磁 场 下 研 究 二 维 电 子 气 的 输 运 现 象 时, 发 现 了 量 子 霍 尔 效 应 和 分 数 量 子 霍 耳 效 应 ( 获 85 年 诺 贝 尔 奖 ) 超 导 材 料 的 物 理 状 态, 改 变 角 动 量 ( 自 旋 ) 和 带 电 粒 子 的 轨 道 运 动, 也 就 改 变 了 物 理 系 统 的 状 态 磁 场 可 以 产 生 新 的 物 理 环 境, 并 导 致 新 的 特 性 ; 低 温 也 能 导 致 新 的 物 理 状 态, 如 超 导 电 性 和 相 变, 但 强 磁 场 极 不 同 于 低 温, 它 比 低 温 更 有 效 这 是 因 为 磁 场 使 带 电 的 和 磁 性 粒 子 的 远 动 和 能 量 量 子 化, 并 破 坏 时 间 反 演 对 称 性, 使 它 们 具 有 更 独 特 的 性 质 带 电 粒 子 象 电 子 离 子 等 以 及 某 些 极 性 分 子 的 运 动, 在 磁 场 特 别 是 在 强 磁 场 中 会 产 生 根 本 性 变 化 强 磁 场 可 以 在 保 持 晶 体 结 构 不 变 的 情 况 下 改 变 动 量 空 间 的 对 称 性, 这 对 固 体 的 能 带 结 构 以 及 元 激 发 及 其 互 作 用 等 研 究 是 非 常 重 要 的 固 体 复 杂 的 费 米 面 结 构 正 是 利 用 强 磁 场 使 得 电 子 和 空 穴, 在 特 定 方 向 上 的 自 由 运 动 从 而 导 致 磁 化 和 磁 阻 的 振 荡 这 一 原 理 而 得 以 证 实 的 固 体 中 的 费 米 面 结 构 及 特 征 研 究, 一 直 是 凝 聚 态 物 理 学 领 域 中 的 前 沿 课 题 当 今 凝 聚 态 物 理 基 础 研 究 的 许 多 重 大 热 点 都 离 不 开 强 磁 场 这 一 极 端 条 件, 甚 至 很 多 是 以 强 磁 场 下 的 研 究 作 为 基 础 如 波 色 凝 聚 只 发 生 在 动 量 空 间, 要 在 实 空 间 中 观 察 到 此 现 象 必 需 在 非 均 匀 的 强 磁 场 中 才 得 以 可 能 强 磁 场 应 用 于 材 料 科 学 为 新 的 功 能 材 料 的 开 发 另 辟 新 径, 从 而 促 进 凝 聚 态 物 理 学 的 进 一 步 发 展 和 完 善 由 固 体 物 理 学 演 化 为 凝 聚 态 物 理 学, 从 周 期 结 构 延 伸 到 非 周 期 结 构, 从 三 维 晶 体 拓 宽 到 低 维 和 高 维, 乃 至 分 数 维 体 系 这 些 新 对 象 展 示 了 大 量 新 的 特 性 和 物 理 现 象 在 极 微 细 尺 度 体 系 中 出 现 许 多 常 规 材 料 不 具 备 的 新 现 象 和 奇 异 特 性, 这 与 这 类 材 料 的 微 结 构 特 别 是 电 子 结 构 密 切 相 关 强 磁 场 为 研 究 极 微 细 尺 度 体 系 的 电 子 态 和 输 运 特 性 提 供 强 有 力 的 手 段, 不 但 能 进 一 步 揭 示 这 类 材 料 在 常 规 条 件 下 难 以 出 现 的 奇 异 现 象, 而 且 为 在 更 深 层 次 下 认 识 其 物 理 特 性 提 供 丰 富 的 科 学 信 息 要 研 究 强 磁 场 下 极 微 细 尺 度 金 属 半 导 体 等 的 电 子 输 运 电 子 局 域 和 关 联 特 性 ; 量 子 尺 寸 效 应 量 子 限 域 效 应 小 尺 寸 效 应 和 表 面 界 面 效 应 ; 以 及 极 微 细 尺 度 氧 化 物 碳 化 物 和 氮 化 物 的 光 学 特 性 及 能 隙 精 细 结 构 等, 是 因 为 在 各 种 物 理 因 素 中, 外 磁 场 是 唯 一 在 保 持 晶 体 结 构 不 变 的 情 况 下, 改 变 动 量 空 间 对 称 性 的 物 理 因 素 通 过 对 强 磁 场 下 半 导 体 材 料 的 光 电 等 特 性 开 展 实 验 研 究, 可 进 一 步 理 解 和 把 握 半 导 体 的 光 学 电 学 等 物 理 性 质, 从 而 为 制 造 具 有 各 种 功 能 的 半 导 体 器 件 并 发 展 高 科 技 作 基 础 性 探 索 3) 材 料 线 路 蚀 刻 操 作 技 术 和 图 灵 原 理 的 功 能 实 现 : 信 息 传 输 元 件 芯 片 的 线 路, 用 激 光 的 光 蚀 刻 技 术 改 变 一 个 原 子 的 状 态, 以 及 用 激 光 冷 却 将 原 子 保 持 操 作 的 可 靠 性, 已 经 是 一 项 很 先 进 的 尖 端 科 学 技 术 但 这 一 项 很 成 熟 的 技 术, 正 如 光 蚀 刻 工 艺 只 是 一 种 与 制 造 印 刷 电 路 板 类 似 的 工 艺, 原 理 是 将 零 件 图 像 通 过 紫 外 线 曝 光 而 传 输 到 涂 有 光 刻 胶 的 金 属 上, 未 曝 光 的 光 刻 胶 被 冲 洗 掉, 留 下 需 要 蚀 刻 的 裸 金 属 ; 在 蚀 槽 法 蚀 刻 中, 将 准 备 好 的 板 浸 没 在 蚀 刻 剂 中 ; 在 传 送 带 法 蚀 刻 中, 在 板 的 上 下 表 面 喷 上 高 压 蚀 刻 剂 ; 由 金 属 的 合 金 和 厚 度 确 定 在 蚀 刻 剂 中 的 曝 光 长 度 一 样, 在 量 子 隐 形 传 输 元 件 芯 片 的 生 产 中 还 是 原 始 的 由 它 扩 展 的 一 些 技 术 也 同 样 如 纳 米 蚀 刻 技 术 触 摸 屏 线 路 激 光 蚀 刻 技 术 光 流 控 技 术 等 说 来 光 流 控 学 已 是 将 微 流 控 技 术 与 微 型 光 学 器 件 交 叉 集 成 的 一 门 新 兴 学 科, 但 量 子 隐 形 传 输 元 件 有 芯 片 上 的 实 验 室 之 称, 因 为 它 是 将 各 种 量 子 信 息 实 验 集 成 在 一 块 小 芯 片 上 的, 以 上 技 术 还 难 以 突 破 例 如 光 流 控 技 术 虽 然 能 为 在 芯 片 平 台 上 产 生 控 制 以 及 处 理 光 信 号 提 供 了 一 种 独 特 的 解 决 方 案, 可 以 应 用 于 光 刻 光 开 关 和 光 学 成 像 领 域 它 的 核 21

3 心 是 发 展 出 基 于 聚 二 甲 基 硅 氧 烷 (PDMS) 弹 性 高 分 子 材 料 的 微 镜 芯 片 在 这 种 芯 片 中, 利 用 灌 入 一 个 个 由 PDMS 薄 膜 构 成 的 微 腔 中 以 形 成 微 镜, 通 过 多 层 软 光 刻 技 术 研 制 出 一 种 具 有 大 变 焦 比 和 焦 距 高 精 确 度 可 调 的 液 体 复 合 微 透 镜 集 成 芯 片, 可 解 决 光 流 控 微 透 镜 很 多 棘 手 问 题, 但 它 与 多 粒 子 量 子 纠 缠 态 隐 形 传 输 思 路 相 去 甚 远 其 道 理 是, 多 粒 子 量 子 纠 缠 态 隐 形 传 输 是 要 造 就 多 粒 子 量 子 能 相 互 交 谈 环 境 的 技 术, 这 是 类 似 人 体 内 的 细 胞 通 过 分 子 通 道 发 送 和 接 收 化 学 信 号 的 交 谈 环 境 细 胞 通 过 群 体 编 码 相 互 交 谈,2011 年 美 国 科 学 家 确 定, 一 个 生 物 化 学 信 号 通 道 的 数 据 容 量 不 足 1 比 特 上 世 纪 80 年 代 确 定 了 一 些 细 胞 生 物 关 键 的 信 号 传 导 通 道, 其 中 包 括 核 因 子 κ B (NF-kB) NF-kB 通 道 主 要 调 控 由 细 胞 做 出 的 各 种 复 杂 决 定, 对 包 括 压 力 自 由 基 细 菌 和 致 命 病 原 体 等 刺 激 做 出 反 应 但 沿 着 NF-kB 通 道 行 进 的 化 学 信 使, 携 带 有 多 少 信 息? 到 2007 年 研 制 出 了 微 流 路 和 测 量 技 术, 才 测 量 出 了 在 NF-kB 通 道 上 一 次 出 现 在 数 千 个 细 胞 上 的 生 物 化 学 信 号 传 输 数 量, 根 据 推 出 的 一 个 公 式 来 分 析 和 定 量 计 算, 实 验 显 示 该 通 道 的 信 号 容 量 不 足 1 比 特, 只 够 做 出 一 个 二 进 制 决 定 : 简 单 的 是 或 非 除 了 NF-kB 以 外, 测 量 其 他 的 生 物 化 学 通 道 的 信 号, 结 果 一 样 这 表 明, 数 据 容 量 不 足 1 比 特 的 生 物 通 道 很 常 见 NF-kB 生 物 化 学 通 道 其 信 息 容 量 不 足 1 比 特, 对 比 外 在 的 人 类 社 会 情 形, 说 明 只 类 似 我 们 用 有 线 的 电 流 传 输 的 座 机 电 话 和 用 无 线 的 电 磁 波 传 输 的 手 机 电 话 通 讯, 生 命 细 胞 除 开 在 已 知 的 生 物 化 学 递 质 电 流 等 有 形 的 通 信 信 号 传 输 通 道 外, 还 有 多 种 形 式 的 互 相 交 谈, 这 就 有 今 天 人 类 才 半 掌 握 的 多 粒 子 量 子 纠 缠 态 隐 形 传 输 这 里 隐 形 传 输 也 有 类 似 有 线 的 电 流 传 输 的 座 机 电 话 和 无 线 的 电 磁 波 传 输 的 手 机 电 话 两 种 通 信 方 式 4) 与 今 天 的 人 类 生 命 体 相 比, 生 命 起 源 在 原 始 生 命 的 生 物 体 阶 段, 更 多 存 在 隐 形 传 输 通 信 方 式, 如 黏 菌 的 信 息 素 通 信, 其 中 除 有 形 的 化 学 信 息 素 外, 还 耦 合 有 无 线 的 量 子 隐 形 传 输 发 展 到 人, 类 似 有 时 还 可 听 闻 的 母 子 遗 传 体 亲 情 之 间 的 心 灵 感 应 脑 电 波 心 灵 相 通, 就 是 人 类 生 命 体 在 有 了 神 经 系 统 视 觉 听 觉 味 觉 触 觉 系 统 等 信 息 通 道 后, 还 残 留 的 功 能 但 仅 此 还 远 远 不 够 实 际 量 子 隐 形 传 输 是 量 子 相 互 交 谈 并 不 需 要 人 为 的 一 种 自 然 自 足 自 组 环 境, 它 同 超 导 现 象 是 共 存 的 这 也 是 高 温 超 导 以 及 有 机 超 导 和 生 物 超 导 起 源 统 一 的 基 础 所 以 在 化 学 的 原 子 分 子 层 次 上 做 隐 形 传 输 交 谈 环 境 的 文 章 并 不 可 取 因 为 它 们 无 法 通 过 信 号 传 导 通 道 得 到 足 够 的 所 有 信 息, 生 命 量 子 计 算 机 有 时 候 也 许 会 在 细 胞 这 些 已 知 通 道 外 互 相 交 谈 DNA 类 似 双 扶 手 螺 旋 楼 梯 的 双 螺 旋 分 子 结 构, 也 联 系 孤 子 演 示 链 那 类 似 楼 梯 的 每 一 梯 格 框 是 一 种 四 边 形 结 构, 这 跟 面 旋 线 旋 运 动, 超 导 现 象 转 座 子 的 最 佳 网 格 图 案 是 四 边 形 有 联 系 在 三 旋 理 论 初 探 书 中 有 关 有 机 超 导 和 生 物 超 导 生 命 与 量 子 计 算 机 和 双 螺 旋 结 构 与 量 子 计 算 机 等 内 容, 为 多 粒 子 量 子 纠 缠 态 隐 形 传 输, 在 没 有 光 纤 联 结 和 存 在 噪 声 干 扰 的 情 况 下 提 供 了 详 尽 阐 述 而 即 使 体 温,DNA 双 螺 旋 结 构 也 具 有 生 物 超 导 特 定 的 功 能 高 温 生 物 超 导 材 料 DNA 晶 格 中 的 孤 子 链 不 平 凡 结 构, 正 是 造 成 这 种 高 温 超 导 宏 观 量 子 机 制 的 最 重 要 前 提 2 类 似 光 蚀 刻 制 造 印 刷 电 路 板 的 线 路, 一 维 止 于 多 粒 子 分 子 原 子 我 们 已 经 知 道 生 物 隐 形 传 输 需 要 的 自 然 超 导 环 境, 是 分 子 原 子 内 部 量 子 粒 子 的 一 种 自 然 自 足 自 组 选 择 操 作 行 为, 这 当 然 比 人 为 光 蚀 刻 制 造 印 刷 电 路 板 操 作 线 路 方 便 省 事 高 效 先 进 以 此 转 到 人 为 制 造 隐 形 传 输 元 件 芯 片, 自 然 是 需 要 寻 找 具 有 自 然 造 就 超 导 能 隙 的 材 料, 然 而 还 真 有 此 类 发 现 1) 不 说 远 了, 就 说 2011 年 9 斯 坦 福 材 料 和 能 源 科 学 研 究 所 的 研 究 生 朱 丽 伯 特 和 同 事 与 来 自 日 本 东 京 大 学 的 应 用 物 理 学 家 哈 罗 德 黄 一 起, 将 一 薄 层 铝 酸 镧 放 置 在 一 个 钛 酸 锶 基 座 上, 这 是 把 两 块 不 具 有 磁 性 的 绝 缘 体 粘 合 在 一 起, 相 遇 的 接 口 层 居 然 既 有 磁 性 又 有 超 导 性, 据 此 联 系, 这 是 否 能 启 发 研 制 新 奇 的 类 似 隐 形 传 输 芯 片 需 要 自 然 超 导 环 境 的 材 料 呢? 隐 形 传 输 芯 片 当 然 更 多 需 要 在 常 温 下 工 作 最 好, 而 铝 酸 镧 和 钛 酸 锶 这 两 种 复 合 氧 化 物 相 遇 的 原 子 层, 虽 然 只 是 在 接 近 绝 对 零 度 的 温 度 下, 电 流 才 毫 无 电 阻 地 流 过 该 处 的, 这 表 明 该 原 子 层 具 有 超 导 性, 但 是 铝 酸 镧 和 钛 酸 锶 等 复 合 氧 化 物 材 料 具 有 磁 性 的 新 特 性 的 新 材 料, 也 为 研 制 隐 形 传 输 芯 片 新 的 计 算 存 储 设 备 磁 性 和 超 导 性 等, 在 正 常 情 况 下 不 兼 容 状 态 之 间 的 相 互 作 用 提 供 了 新 的 可 能 性 因 为 在 一 般 情 况 下, 超 导 材 料 的 导 电 性 为 100%, 也 会 排 斥 周 围 的 任 何 磁 场 新 的 探 索, 要 弄 明 白 这 种 材 料 内 的 磁 性 和 超 导 性 之 间 是 相 互 对 抗 还 是 相 互 辅 助? 用 另 一 种 测 量 方 法, 美 国 麻 省 理 工 学 院 也 同 时 证 实, 磁 性 可 存 在 于 两 个 材 料 的 接 口 处, 并 有 望 研 制 出 具 有 可 控 的 新 奇 有 用 的 导 电 性 材 料 新 类 型 例 如 试 验 查 看 这 种 材 料 进 行 压 缩 或 在 其 上 施 加 电 场 时, 磁 性 和 导 电 性 是 否 会 出 现 变 化, 以 找 出 对 形 成 这 些 氧 化 物 内 的 磁 性 和 超 导 性 有 帮 助 的 物 理 属 性 2) 还 有 类 似 美 国 加 州 大 学 河 滨 分 校 发 现 的 一 种 可 在 低 温 下 生 成 电 子 偶 素 的 新 方 法, 在 获 取 电 子 偶 素 上 较 为 简 单 也 容 易 操 作, 能 揭 示 物 质 而 非 反 物 质 生 成 内 部 性 质 方 面 具 有 重 要 价 值, 也 启 发 寻 找 类 似 隐 形 传 输 芯 片 具 有 更 高 临 界 温 度 的 超 导 新 材 料 的 研 制 这 是 先 用 激 光 对 硅 样 本 进 行 照 射, 而 后 在 硅 表 22

4 面 浇 灌 正 电 子 在 激 光 的 照 射 下, 发 现 硅 释 放 出 来 的 电 子 与 正 电 子 形 成 了 电 子 偶 素 电 子 偶 素 是 一 个 电 子 与 一 个 正 电 子 组 成 的 短 周 期 类 原 子 结 构 由 于 电 子 和 正 电 子 最 终 会 湮 灭 产 生 光 子, 它 的 半 衰 期 非 常 短, 电 子 偶 素 在 介 质 中 的 湮 灭 时 间 可 作 为 一 种 非 破 坏 性 测 量 手 段 而 且 能 够 在 非 常 宽 的 温 度 范 围 内, 甚 至 以 可 以 在 任 何 温 度 下 进 行, 其 中 还 包 括 非 常 低 的 温 度, 可 控 式 的 生 产 大 量 电 子 偶 素 包 含 一 个 正 电 子 的 电 子 偶 素, 可 以 说 是 最 小 的 原 子 它 的 研 制 表 明, 在 正 电 子 到 达 前 用 激 光 照 射 样 品 表 面, 可 以 帮 助 正 电 子 离 开 表 面 以 免 发 生 湮 灭, 而 且 电 子 偶 素 从 样 品 表 面 会 自 然 生 成 对 电 子 偶 素 实 施 冷 却, 也 可 产 生 更 多 的 实 验 用 途 的 玻 色 爱 因 斯 坦 凝 聚 态 电 子 偶 素 2003 年 确 定 的 半 衰 期 为 千 万 分 之 一 秒 多 点, 组 成 它 的 正 负 电 子 就 同 归 于 尽 了 但 它 的 存 在 时 间 也 要 比 硅 表 面 的 正 电 子 长 200 倍 以 上, 因 此 很 容 易 探 测 到 在 不 同 的 介 质 中, 电 子 偶 素 的 半 衰 期 会 相 应 发 生 变 化, 因 此 可 以 用 它 来 测 量 物 质 内 部 性 质 另 外 由 于 电 子 偶 素 湮 灭 时 可 以 放 出 伽 马 射 线, 人 们 也 设 想 用 一 群 电 子 偶 素 湮 灭 来 制 造 高 能 射 线 硅 作 为 生 成 材 料 是 因 为 它 在 电 子 学 中 应 用 极 为 广 泛, 可 靠 廉 价 且 十 分 有 效 3) 美 国 弗 吉 尼 亚 联 邦 大 学 由 于 选 用 特 殊 材 料, 开 发 出 一 种 比 传 统 晶 体 管 要 小 4 个 数 量 级 能 耗 最 低 的 集 成 电 路, 整 个 电 路 所 需 的 能 量 只 有 0.4 阿 焦 耳, 它 甚 至 没 有 必 要 为 其 安 装 电 池, 从 周 围 环 境 获 取 的 微 量 能 量 就 已 足 够 维 持 运 行, 可 创 造 超 低 功 耗 高 密 度 非 易 失 性 的 存 储 器 和 逻 辑 芯 片 该 技 术 也 能 启 发 寻 找 类 似 超 导 量 子 计 算 机 和 隐 形 传 输 芯 片 的 研 制 例 如 这 种 电 路 使 用 的 是 一 种 被 称 为 多 铁 性 材 料 的 特 殊 复 合 材 料, 由 压 电 材 料 和 磁 致 伸 缩 的 纳 米 磁 铁 结 构 组 成, 能 够 将 环 境 中 的 机 械 能 或 振 动 转 化 为 运 行 所 需 的 能 量, 从 而 实 现 从 环 境 取 电 的 功 能 在 数 据 存 储 和 传 输 上, 与 用 接 通 和 断 开 来 表 示 0 和 1 的 传 统 电 路 不 同, 这 种 集 成 电 路 利 用 自 旋 电 子 学 中 电 子 自 旋 的 两 种 状 态 来 代 表 二 进 制 中 的 两 个 基 础 代 码, 整 个 切 换 过 程 中, 该 设 备 只 需 要 非 常 小 的 能 量 智 能 的 超 导 材 料 是 一 种 集 材 料 与 结 构 智 然 处 理 执 行 系 统 控 制 系 统 和 传 感 系 统 于 一 体 的 复 杂 的 材 料 体 系 它 的 设 计 与 合 成 几 乎 横 跨 所 有 的 高 技 术 学 科 领 域 构 成 超 导 智 然 材 料 的 基 本 材 料 组 元 有 压 电 材 料 形 状 记 忆 材 料 光 导 纤 维 电 ( 磁 ) 流 变 液 磁 致 伸 缩 材 料 和 智 然 高 分 子 材 料 等, 称 智 能 超 导 材 料 结 构 或 智 能 材 料 系 统 在 基 体 材 料 中, 嵌 入 具 有 传 感 动 作 和 处 理 功 能 的 三 种 原 始 材 料 传 感 元 件 采 集 和 检 测 外 界 环 境 给 予 的 信 息, 控 制 处 理 器 指 挥 和 激 励 驱 动 元 件, 执 行 相 应 的 动 作 二 超 导 隐 形 能 隙 传 输 与 弱 力 能 源 能 隙 指 的 是 在 某 一 段 能 量 区 间, 电 子 的 态 密 度 等 于 0 通 常 超 导 能 隙 是 由 于 拆 开 电 子 对 需 要 一 定 能 量, 根 据 有 效 能 隙 方 程, 超 导 体 中 基 态 和 激 发 态 之 间 存 在 能 量 差, 即 超 导 能 隙 由 于 态 的 形 成, 因 而 在 系 统 中 存 在 两 个 能 隙 但 能 隙 并 不 是 超 导 性 存 在 的 必 要 条 件, 赝 能 隙 或 许 是 高 温 超 导 物 质 的 另 外 一 个 相 位, 如 二 硼 化 镁 的 超 导 电 性 有 不 只 一 个 能 带 跨 越 费 米 面, 而 且 电 声 耦 合 所 造 成 的 费 米 面 失 稳 完 全 可 能 在 两 个 能 带 的 费 米 面 处 产 生 能 隙 即 所 谓 赝 能 隙 现 象, 是 指 低 能 电 子 激 发 在 高 温 超 导 物 质 中 消 失, 而 部 分 打 开 的 能 隙 1 超 导 量 子 信 息 传 输 元 件 的 制 造, 类 似 将 两 块 不 具 有 磁 性 的 绝 缘 体 如 一 薄 层 铝 酸 镧 放 置 在 另 一 薄 层 钛 酸 锶 上, 相 遇 的 接 口 层 粘 合 在 一 起 既 有 磁 性 又 有 超 导 性, 这 里 我 们 把 两 个 绝 缘 的 薄 层 看 成 类 似 卡 西 米 尔 效 应 的 两 个 平 行 的 平 板 而 类 似 三 个 或 三 个 以 上 的 多 层 薄 膜 叠 加, 是 否 也 可 以 看 成 多 个 卡 西 米 尔 效 应 平 板 对 呢? 由 于 接 口 层 相 遇 得 再 紧 的 平 板 之 间 也 有 空 穴, 如 果 比 喻 为 超 导 能 隙 ; 而 一 个 薄 膜 有 两 面, 它 们 之 间 没 有 空 穴, 但 也 可 以 形 成 赝 能 隙 能 隙 和 赝 能 隙 里 的 真 空 空 穴 是 如 何 产 生 超 导 现 象 的 呢? 1) 几 何 纲 领 和 量 子 纲 领 之 间 虽 同 为 实 体, 但 量 子 起 伏 的 产 生 和 湮 灭 却 颠 覆 了 几 何 图 像 原 有 的 变 化 概 念 如 量 子 真 空 起 伏 的 正 负 虚 粒 子 对 的 产 生 和 吸 收 ; 同 位 旋 概 念 的 膺 电 子 交 换, 电 子 的 真 空 极 化 或 元 激 发, 或 能 级 跃 迁, 而 出 现 的 虚 粒 子 包 括 虚 电 子 - 正 电 子 对 介 质 的 产 生 和 湮 灭 过 程 虚 发 射 和 再 吸 收 等 被 称 为 的 鬼 场 (ghost field) 鬼 态 (ghost states) 的 现 象 这 里, 一 是 可 以 把 产 生 的 众 多 超 导 电 子 库 柏 对 看 成 类 似 的 等 离 体 子 集 体 激 发, 二 是 可 以 把 电 子 库 柏 对 从 横 向 耦 合, 转 换 看 成 是 纵 向 集 体 模, 再 与 卡 西 米 尔 效 应 平 板 联 系 这 是 把 长 程 库 仑 力 包 括 在 内 的 相 互 作 用, 那 么 能 隙 和 赝 能 隙 存 在 的 超 导 现 象, 也 含 有 量 子 隐 形 传 输 的 意 味 2) 能 隙 和 赝 能 隙 卡 西 米 尔 效 应 平 板 之 间 的 量 子 真 空 空 穴, 对 映 超 导 或 隐 形 传 输 的 量 子 传 输 巡 行, 能 量 从 哪 里 来? 难 道 超 导 性 和 隐 形 传 输 可 违 反 能 量 守 恒 定 律 吗? 这 里, 一 是 BCS 理 论 认 为, 在 超 导 体 中 由 于 电 子 和 晶 格 振 动 ( 声 子 ) 的 相 互 作 用 所 提 供 的 吸 引 力 胜 过 电 子 之 间 的 库 仑 排 斥 作 用, 从 而 使 具 有 大 小 相 同 方 向 相 反 的 能 量 和 自 旋 的 两 个 电 子 形 成 了 束 缚 的 电 子 对 这 里 即 使 认 为 电 子 对 类 似 一 个 小 环 圈 及 面 旋, 而 像 飞 去 来 器 模 具, 声 子 和 库 仑 排 斥 作 用 力 都 集 中 在 飞 去 来 器 上 能 被 散 射, 成 为 在 晶 格 中 超 导 孤 波 式 的 流 动 ; 但 仅 用 这 种 飞 去 来 器 的 孤 波 解 释 也 还 是 不 够 的 3) 因 此, 二 是 这 种 缺 失, 需 要 把 它 们 的 量 子 卡 西 米 尔 效 应 平 板 之 间 的 量 子 真 空 空 穴, 和 时 空 的 自 然 弱 力 相 互 作 用 联 系 起 来, 解 释 超 导 或 隐 形 传 23

5 输 存 在 的 自 然 能 源 例 如 量 子 鬼 场 鬼 态 的 现 象, 联 系 原 子 和 原 子 核 层 次 存 在 的 真 空 量 子 介 质 的 性 质, 类 似 具 有 普 遍 规 范 耦 合 的 矢 量 介 子, 如 π 介 子 的 自 然 弱 力 相 互 作 用 与 电 子 - 正 电 子 对 介 质 的 产 生 和 湮 灭 过 程 虚 发 射 和 再 吸 收 等 现 象 2 如 果 使 用 孤 子 链 模 具 模 拟 鬼 场 鬼 态 鬼 圈 鬼 顶 点 鬼 自 由 度 等 量 子 性 质, 还 不 是 量 子 世 界 真 实 面 目 的 忠 实 描 述, 那 么 我 们 也 是 为 把 所 有 理 论 实 际 存 在 物, 当 作 只 是 为 了 经 济 描 述 观 测 到 的 现 象 的 相 似 构 造, 而 使 用 孤 子 链 模 具 模 拟 的 1) 微 观 1/2 自 旋 费 米 子 是 标 准 模 型 必 不 可 少 的, 但 目 前 的 任 何 实 物 模 具 很 难 演 示, 但 我 们 的 孤 子 链 确 就 还 能 模 拟 孤 子 链 起 源 于 三 旋 理 论 的 扩 容 : 循 着 由 环 圈 耦 合 组 成 链 这 条 思 路, 要 模 拟 机 械 孤 波 滚 动, 需 要 以 两 条 单 链 耦 合 为 基 础 这 可 用 大 小 相 同 的 穿 钥 匙 用 的 铁 圆 圈 10 至 更 多 个 制 作 即 让 两 列 链 圈 依 次 对 应 相 交, 在 链 条 垂 直 时, 段 与 段 圈 之 间 有 上 下 之 分, 同 段 同 级 的 两 个 圈 面 可 以 近 乎 平 行 重 合 ; 而 上 下 不 同 级 段 的 圈 面 也 可 以 相 互 垂 直, 且 上 下 两 圈 面 垂 直 的 交 线 与 其 过 圆 心 的 连 线 可 重 合 这 种 情 况 称 为 正 交 且 因 一 个 铁 圈 的 转 动 为 半 角 度, 要 平 整 又 顺 当, 相 交 是 有 严 格 编 码 要 求 的 这 样 把 两 根 圈 链 耦 合 起 来, 挪 动 弱 轴 主 流 冠 链 圈, 在 垂 直 的 时 候, 从 弱 矢 量 流 顶 链 圈 开 始 就 会 产 生 机 械 孤 波 滚 动 我 们 把 具 有 这 种 功 能 的 圈 链 也 称 为 孤 子 演 示 链, 或 孤 子 链 2) 孤 子 链 类 似 编 时 几 何 学 的 仿 射 联 络, 具 体 做 法 是, 两 列 圈 链 的 耦 合 编 码, 由 于 链 圈 与 链 圈 上 下 之 间 的 正 交, 出 现 左 右 前 后 两 种 共 轭 的 编 码 以 圈 子 与 圈 子 一 对 一 的 套 接 设 为 1, 大 于 或 小 于 一 对 一 的 套 接 设 为 0, 孤 子 演 示 链 的 编 码 从 上 往 下 的 结 构 是 :1 弱 轴 主 流 领 圈 00;2 左 10, 右 11;3 前 01, 后 10;4 左 01; 右 10;5 前 10, 后 01;6 左 10, 右 01;7 前 01, 后 10;8 左 01, 右 10 该 共 轭 编 码, 只 要 让 第 2 层 的 右 圈 变 为 弱 矢 量 流 领 圈, 即 让 原 弱 轴 主 流 领 圈 自 由 落 下, 就 会 发 生 孤 波 滚 动 ; 反 之 恢 复 原 先 的 领 圈 地 位, 即 让 后 者 自 由 落 下, 也 要 发 生 孤 波 这 种 滚 动 不 是 弱 轴 主 流 领 圈 真 正 落 下, 而 是 圈 套 之 间 传 递 着 一 种 信 息 能 量 和 相 位, 构 成 类 似 螺 旋 状 的 搅 龙 轨 迹 因 此 具 有 类 似 贝 克 隆 变 换 的 表 达 式, 这 是 一 种 类 似 SG( 正 弦 -- 戈 登 ) 方 程 的 非 线 性 偏 微 分 方 程 的 描 述 这 种 SG 方 程 有 正 负 扭 状 孤 立 子 解, 分 别 叫 正 扭 和 反 扭 三 旋 理 论 最 先 把 孤 子 链 与 DNA 双 螺 旋 结 构 相 对 应, 它 的 左 右 前 后 双 共 轭 编 码, 对 应 DNA 中 腺 嘌 呤 A 鸟 嘌 呤 G 胞 嘧 啶 C 和 胸 腺 嘧 啶 T 等 四 种 碱 基 的 T 与 A C 与 G 必 定 配 对 的 编 码 因 此 发 现 孤 子 链 不 仅 揭 示 了 DNA 双 螺 旋 结 构 中 存 在 的 孤 波 现 象, 而 且 还 揭 示 了 自 然 界 共 轭 无 处 不 在 只 是 人 们 还 没 有 把 共 轭 与 双 共 轭 和 多 共 轭 联 系 起 来, 没 有 把 双 共 轭 和 多 共 轭 与 编 码 联 系 起 来, 没 有 把 共 轭 编 码 及 其 强 弱 与 孤 波 以 及 四 种 相 互 作 用 和 贝 克 隆 变 换 SG 方 程 等 深 层 次 现 象 及 现 代 数 学 联 系 起 来 2)21 世 纪 高 端 科 技 隐 形 传 输 掌 握 的 时 空 量 子 起 伏, 实 际 是 延 伸 为 真 空 涨 落 的 这 就 联 系 到 量 子 力 学 测 不 准 原 理 和 互 补 原 理 它 们 说 明 即 使 在 最 深 度 的 真 空, 也 会 有 粒 子 的 产 生 和 毁 灭 ; 而 且 越 是 从 近 处 看, 那 里 的 粒 子 越 多, 但 存 在 的 时 间 就 越 短, 能 量 就 越 大 这 些 粒 子 经 常 撞 上 东 西, 获 取 关 于 它 们 不 期 而 遇 的 客 体 的 信 息, 并 把 那 些 信 息 散 播 到 环 境 中 所 以, 自 然 界 总 是 在 利 用 这 些 粒 子 进 行 测 量, 阻 止 自 然 界 这 样 做 是 不 可 能 的 即 使 在 真 空 中, 即 使 屏 蔽 了 一 切 外 部 影 响, 处 于 未 衰 变 / 已 衰 变 状 态 的 叠 加 状 态 中 的 一 个 原 子 核, 也 会 随 时 受 到 自 然 界 的 这 类 测 量 这 些 粒 子 随 即 再 次 消 失 在 真 空 中, 这 也 叫 真 空 涨 落 或 量 子 起 伏 但 如 果 有 证 明 量 子 起 伏 或 真 空 涨 落 最 基 础 的 实 验, 或 有 可 观 感 捉 摸 的 演 示 工 具, 那 么 这 个 从 宏 观 到 微 观 都 可 观 感 捉 摸 的 实 验 是 什 么? 它 的 最 基 础 的 数 学 原 理 又 是 什 么? 这 就 是 著 名 的 卡 西 米 尔 效 应 的 平 板 实 验 和 超 导 孤 子 演 示 链 3) 超 导 体 是 一 个 可 捉 摸 的 上 帝, 神 奇 到 反 能 量 守 恒 定 律 科 学 常 识 因 为 它 是 一 种 实 空 间 材 料, 却 具 有 零 电 阻, 反 磁 性, 和 量 子 隧 道 效 应 的 奇 特 的 性 质 这 与 量 子 真 空 具 有 奇 特 超 导 的 性 质 差 不 多 演 示 粒 子 之 间 的 这 些 相 互 作 用, 孤 子 链 类 似 拉 格 朗 日 函 数 的 粒 子 的 集 体 坐 标 表 示 式, 又 类 似 矩 阵 ; 三 旋 环 圈 则 类 似 矩 阵 元 而 三 旋 是 纯 动 量 坐 标 的 模 拟, 类 似 哈 密 顿 量 函 数 把 三 旋 动 量 旋 球 看 成 彭 罗 斯 扭 量 球, 孤 子 链 就 类 似 扭 量 球 的 傅 里 叶 展 开 式 实 际 三 旋 和 孤 子 链 也 类 似 量 子 力 学 中 的 算 符, 具 体 模 拟 可 针 对 不 同 对 象 有 不 同 的 表 现 形 式 例 如, 用 正 弦 - 戈 登 方 程 描 述 类 似 拓 扑 性 的 扭 结 孤 子 和 反 扭 结 孤 子 传 播 的 孤 子 演 示 链, 它 的 每 个 圈 子 体 旋 是 为 1/2 的 自 旋, 可 对 应 粒 子 系 统 的 费 米 子 和 反 费 米 子, 其 玻 色 子 可 采 用 一 个 费 米 子 - 反 费 米 子 对 划 段 的 形 式 出 现 4) 卡 西 米 尔 平 板 效 应 的 这 种 超 导 性 质, 也 类 似 量 子 隧 道 隐 形 传 输 效 应, 两 者 都 可 以 用 费 曼 图 表 示 的 量 子 电 动 力 学 的 光 子 对 电 荷 响 应 的 三 个 基 本 图 示 来 说 明, 特 别 是 该 图 示 中 的 全 虚 拟 过 程 图 示 : 在 两 个 电 子 之 间 交 换 虚 光 子, 或 在 一 个 电 子 圈 图 之 间 交 换 虚 光 子, 在 虚 光 子 的 力 线 中 间 又 可 以 产 生 电 子 圈 图 这 种 虚 光 子 的 力 线 可 以 间 开 有 多 条, 而 虚 光 子 的 一 条 力 线 中 间 产 生 的 电 子 圈 图 也 可 以 间 开 有 多 个, 这 类 似 有 孤 子 演 示 链 的 一 些 元 素 但 如 何 把 它 们 完 整 地 联 系 起 来, 量 子 色 动 几 何 的 立 方 体 和 超 立 方 体, 能 对 应 高 温 超 导 体 中 的 氧 元 素 : 从 卡 24

6 西 米 尔 效 应 的 平 板 联 系 真 空 的 量 子 起 伏 量 子 涨 落, 推 导 氧 元 素 外 源 性 量 子 色 动 力 学 效 应, 我 们 早 有 结 果 平 面 几 何 和 立 体 几 何 告 诉 我 们,3 个 点 可 形 成 一 个 平 面,8 点 可 形 成 一 个 立 方 体 两 个 正 三 角 形 可 形 成 一 个 6 点 五 面 体 立 方 体 的 平 板 卡 西 米 尔 效 应 比 6 点 五 面 体 的 大 把 这 类 点 换 成 质 子 数, 立 方 体 变 成 了 氧 元 素, 六 面 体 变 成 了 碳 元 素 16 个 点 可 形 成 一 个 超 立 方 体 在 化 学 元 素 原 子 中, 与 质 子 质 量 相 近 的 还 有 中 子, 为 什 么 单 独 把 质 子 数, 作 为 认 定 的 标 准 呢? 道 理, 一 是, 抓 主 要 矛 盾 二 是 质 子 类 似 领 军 人 物 但 正 因 是 领 军 人 物, 性 质 就 不 同 了 以 8 点 的 立 方 体 和 6 点 五 面 体 为 基 础, 在 它 们 的 卡 西 米 尔 效 应 平 板 的 一 个 面 上 加 一 个 点, 如 此 堆 垒 扩 张 作 各 种 几 何 体 图 形, 并 联 系 对 应 点 的 质 子 数 的 原 子 元 素 化 学 性 质, 作 量 子 色 动 力 学 分 析, 称 为 量 子 色 动 几 何 5) 量 子 色 动 几 何 的 氧 标 本, 是 卡 西 米 尔 效 应 的 核 心 从 上 面 可 以 看 出,6 个 质 子 的 碳 原 子 核 的 理 想 的 量 子 色 动 几 何 图 案, 是 两 个 三 角 形 连 接 形 成 的 含 平 行 的 五 面 立 体 图 像 ; 我 们 称 为 碳 基 量 子 色 动 几 何 图 像 而 8 个 质 子 的 氧 原 子 核 的 理 想 的 量 子 色 动 几 何 图 案, 是 两 个 正 方 形 连 接 形 成 的 上 下 左 右 前 后 平 行 的 正 立 方 体 图 像 ; 我 们 称 为 氧 基 量 子 色 动 几 何 图 像 由 此 来 说 量 子 色 动 化 学, 碳 基 量 子 色 动 几 何 图 像 比 氧 基 量 子 色 动 几 何 图 像 虽 然 经 济, 但 没 有 上 下 左 右 前 后 对 称 的 3 对 卡 西 米 尔 平 板 效 应 作 用 力 大 但 就 是 这 个 量 子 相 互 作 用 力, 是 最 基 本 的 实 验 可 证 实 的 力, 地 壳 元 素 中 分 布 最 多 的 前 9 个 元 素, 氧 才 占 据 了 首 位 这 也 是 几 十 亿 年 以 来, 地 壳 发 生 的 无 数 次 大 地 震 和 火 山 爆 发 等 中 的 这 种 力 量 的 化 学 微 调, 氧 才 占 据 了 首 位 的 即 这 个 最 简 约 的 数 8, 类 似 正 方 形 的 8 个 顶 点, 在 局 域 和 全 局 也 是 最 接 近 最 简 约 的 是 一 对 或 上 下 左 右 前 后 三 对 卡 西 米 尔 效 应 平 板 的 经 验 图 像 和 先 验 图 像 它 对 于 所 有 的 自 然 数, 甚 至 包 括 所 有 的 实 数 复 数 来 说, 后 者 虽 然 是 无 限 的 多, 但 8 却 只 有 一 个, 这 使 8 的 概 率, 在 自 然 界 只 是 无 限 分 之 一, 即 类 似 没 有 奇 迹 能 发 生 但 为 什 么 在 高 温 超 导 体 材 料 中 奇 迹 却 发 生 了 呢? 这 就 是 从 量 子 色 动 力 学 与 量 子 色 动 几 何 来 探 索 高 温 超 导 体 的 外 源 性 量 子 色 动 化 学, 就 类 似 于 风 筝 飞 上 天, 不 同 于 飞 机 飞 上 天 火 箭 飞 上 天 氢 气 球 飞 上 天 孔 明 灯 飞 上 天 鸟 飞 上 天 等 类 型, 是 利 用 外 在 自 带 的 量 子 色 荷 云 能 的 起 伏 效 应 6) 费 曼 图 表 示 的 量 子 电 动 力 学 的 光 子 对 电 荷 响 应, 实 际 两 个 分 开 的 电 子 或 在 一 个 电 子 圈 图, 在 适 当 的 条 件 下 也 可 以 看 成 一 对 卡 西 米 尔 力 效 应 平 板 一 个 电 子 对 实 际 类 似 一 个 圈 态, 且 圈 态 联 系 自 旋 的 三 旋 设 计 而 电 子 对 也 称 库 柏 对, 是 超 导 理 论 解 释 超 导 起 因 的 基 本 概 念 把 这 种 圈 图 联 系 孤 子 演 示 链 和 自 旋 电 子 学 自 旋 超 导 体 的 电 路 设 计, 自 旋 电 子 学 类 似 在 指 明 缩 小 做 电 路 的 体 积 其 次, 自 旋 电 路 也 类 似 一 系 列 相 互 联 系 的 逻 辑 门, 每 个 逻 辑 门 在 一 层 超 导 体 层 上 拥 有 磁 接 触, 电 子 自 旋 决 定 了 这 些 接 触 的 磁 状 态, 它 们 相 应 于 孤 子 演 示 链 信 息 传 递 中 的 0 和 1 通 过 在 其 中 的 磁 接 触 和 超 导 体 之 间 移 动 电 子 实 现 是 可 行 的 孤 子 演 示 链, 圈 子 虚 拟, 可 以 对 应 卡 西 米 尔 力 平 板 真 空 之 间 虚 光 子 对 电 荷 响 应 的 无 障 碍 ; 而 孤 子 演 示 链, 圈 子 的 实 在 和 圈 子 的 堆 垒 编 码 的 孤 子 传 播 无 障 碍, 也 可 以 对 应 超 导 超 流 的 无 障 碍 把 氧 基 量 子 色 动 几 何 图 像, 把 碳 基 量 子 色 动 几 何 图 像, 映 射 孤 子 演 示 链, 映 射 高 温 超 导 体 单 以 氧 基 来 说, 它 类 似 孤 子 演 示 链 中 的 一 条 可 提 动 的 链 条, 每 个 氧 原 子 中 的 质 子 色 动 几 何 图 又 类 似 其 中 的 一 个 圈 这 里, 包 括 常 规 超 导 体 的 微 观 理 论 库 柏 对 型 配 圈 图, 也 在 其 中 而 铜 氧 系 高 温 超 导 体, 到 铜 氧 系 体 中 的 自 旋 波, 一 维 铜 氧 系 体 链 中 的 孤 波 ; 铁 氧 系 高 温 超 导 体, 到 铁 氧 系 体 中 的 自 旋 波, 一 维 铁 氧 系 体 链 中 的 孤 波, 中 心 有 氧, 也 类 似 孤 子 演 示 链 中 的 一 条 可 提 动 的 链 条 抓 住 这 条 主 要 矛 盾, 至 于 别 的 型 配 材 料 链, 就 是 次 要 矛 盾 了 孤 子 演 示 链 大 统 一 常 规 超 导 体 的 微 观 理 论 库 柏 对, 高 温 超 导 铜 氧 系 铁 氧 系 等 的 微 观 理 论, 孤 子 演 示 链 实 际 可 虚 拟 为 超 导 演 示 链 时 空 演 示 链 量 子 隧 道 隐 形 传 输 效 应 3 用 弱 力 能 源 解 释 超 导 或 隐 形 传 输 的 量 子 传 输 巡 行, 水 槽 模 型 式 的 孤 波 和 孤 子 链 模 型 式 的 孤 波 互 为 补 充, 但 各 有 区 别 的 水 槽 产 生 的 孤 波 虽 然 可 以 表 征 粒 子, 但 和 孤 子 演 示 链 的 单 独 一 个 圈 子 比 起 来, 水 槽 孤 波 和 水 槽 其 余 的 水 最 终 没 有 彻 底 切 割 再 说 孤 子 的 钟 形 弦 态, 与 圈 子 的 奇 点 孔 态, 在 拓 扑 类 型 是 不 统 一 的 在 这 一 点 上, 各 类 高 温 超 导 材 料 的 机 理 与 BCS 理 论 并 不 完 全 一 致, 所 以 高 温 超 导 的 一 些 定 量 数 学 描 述 并 不 如 BCS 在 低 温 超 导 那 么 成 功 其 次, 量 脑 和 超 导 隐 形 传 输 设 备 研 制, 即 使 寻 找 到 原 子 薄 层 相 遇 的 接 口 层 在 常 温 下 获 得 兼 容 既 有 磁 性 又 有 超 导 性 的, 类 似 铝 酸 镧 和 钛 酸 锶 两 种 复 合 氧 化 物 的 新 特 性 的 新 材 料, 但 隐 形 传 输 计 算 存 储 设 备, 除 开 外 界 认 为 输 入 的 能 源 外, 为 什 么 类 似 孤 子 链 的 能 量 和 信 息 传 输 巡 行 需 要 的 能 源, 对 映 其 中 的 高 温 超 导 的 能 隙 可 以 那 么 小, 甚 至 可 以 忽 略 不 计? 对 映 隐 形 传 输 的 量 子 传 输 巡 行, 能 量 从 哪 里 来? 难 道 超 导 性 和 隐 形 传 输 可 违 反 能 量 守 恒 定 律 吗? 1) 其 实 超 导 性 和 隐 形 传 输 本 身 就 是 一 种 量 子 发 动 机 例 如 1914 年 昂 尼 斯 将 铅 丝 做 成 闭 合 圆 环, 让 磁 场 的 方 向 垂 直 于 环 的 圆 平 面, 然 后 浸 在 液 氦 中 降 温 进 入 超 导 态 后 去 掉 外 磁 场, 闭 合 超 导 线 圈 内 感 生 的 电 流 持 久 循 环, 就 一 个 经 典 的 量 子 发 动 机 模 型 25

7 而 超 导 说 白 了, 单 纯 的 磁 场 本 质 是 什 么? 我 们 说 它 是 暗 物 质 其 中 的 一 种 类 型 之 一 昂 尼 斯 的 铅 丝 闭 合 圆 环 浸 在 液 氦 中 降 温 进 入 超 导 态 后, 去 掉 外 磁 场, 圈 内 感 生 的 循 环 流 动 不 止 的 电 流, 又 会 沿 着 圆 环 自 发 感 生 出 一 组 穿 流 内 圈 循 环 流 动 不 止 的 磁 力 线, 其 中 每 一 根 单 独 的 磁 力 线 也 是 闭 合 成 圆 环 的 量 子, 取 其 中 单 独 的 一 根 磁 力 线 量 子, 我 们 叫 做 磁 单 极 量 子, 以 整 个 铅 丝 闭 合 圆 环 感 生 磁 场 N 和 S 极 取 向, 磁 单 极 量 子 的 自 旋 可 分 为 N 子 和 S 子 两 种 其 次, 对 应 电 磁 波 传 播, 把 变 化 的 电 场 产 出 变 化 的 磁 场, 变 化 的 磁 场 又 产 出 变 化 的 磁 场, 看 成 双 环 编 织 态, 电 环 变 化 的 电 场 称 D 环 ; 磁 环 变 化 的 磁 场 称 C 环 在 类 似 超 导 量 子 隐 形 传 输 的 双 环 D 环 与 C 环 互 感 翻 转 共 生 的 电 磁 波 传 播 理 论 中, 由 于 引 进 磁 单 极 量 子 的 存 在, 类 似 电 子 对 粒 子 的 四 周, 会 存 在 无 数 条 飞 舞 的 更 微 观 的 单 链 这 类 单 链 还 可 选 择 编 码, 有 组 成 双 链 式 的 孤 子 链 的 概 率 由 此 类 似 超 导 量 子 隐 形 传 输 的 真 空 量 子 起 伏, 产 生 和 湮 灭 类 似 的 真 空 鬼 场 鬼 态 鬼 圈 鬼 顶 点 鬼 自 由 度 等, 就 能 得 到 孤 子 链 模 具 的 演 示 由 于 磁 单 极 量 子 涉 及 暗 物 质, 即 使 捕 捉 不 到 它 们, 但 实 验 也 能 测 量 到 它 们 的 物 理 化 学 生 物 等 效 应 所 以 类 似 麦 克 斯 韦 的 电 磁 场 量 子 电 磁 波 传 播 的 磁 环 C 与 电 环 D 圈 套 圈 耦 合, 再 代 换 为 李 群 数 学 的 以 面 旋 和 线 旋 耦 合 描 述, 称 为 类 似 U(1) 局 部 对 称 性 群 的 孤 子 链 式 的 能 量 与 信 息 耦 合 巡 行 运 动 但 孤 子 链 不 仅 能 演 示 U(1) 局 部 对 称 性 群, 还 能 演 示 SU(2) SU(3) 局 部 对 称 性 群 和 U(1) SU(2) SU(3) 之 间 的 组 合 选 择 微 观 粒 子 大 多 数 都 带 有 电 荷, 其 电 子 在 介 子 真 空 极 化 也 能 产 生 非 放 射 性 衰 变 式 的 弱 力 量 子 发 动 机 类 似 的 孤 子 链 的 能 量 与 信 息 耦 合 巡 行 组 装 具 体 说 到 超 导 量 子 发 动 机, 经 典 解 释 说 是 电 子 与 晶 格 振 动 相 互 作 用 而 产 生 的 : 在 超 导 态 金 属 中 电 子 以 晶 格 波 为 媒 介 相 互 吸 引 而 形 成 电 子 对, 无 数 电 子 对 相 互 重 叠 又 常 常 互 换 搭 配 对 象 形 成 一 个 类 似 的 孤 子 链 孤 波 的 整 体 流 动 由 此 再 联 系 有 效 能 隙 赝 能 隙 和 超 导 体 中 基 态 和 激 发 态, 实 验 证 实 类 似 用 高 能 紫 外 线 照 射 二 硼 化 镁 晶 体, 将 超 导 电 子 对 从 中 分 离 出 来 用 角 度 分 解 光 电 子 分 光 的 方 法 观 察 它 的 能 量 状 态, 发 现 有 硼 原 子 层 中 σ 电 子 做 二 维 运 动,π 电 子 则 按 垂 直 于 这 个 面 的 方 向 运 动 σ 电 子 的 能 隙 比 π 电 子 大 3-4 倍 2) 传 递 引 力 相 互 作 用 的 媒 介 子 为 引 力 子, 传 递 电 磁 相 互 作 用 的 是 光 子, 传 递 弱 相 互 作 用 的 是 中 间 玻 色 子, 传 递 强 相 互 作 用 的 是 胶 子 胶 子 只 在 夸 克 之 间 交 换, 不 在 核 子 间 交 换 ;π 介 子 量 子 色 荷 云 只 在 核 子 间 交 换, 而 不 在 夸 克 间 交 换 ; 量 子 色 动 力 学 真 空 充 满 了 不 断 出 现 而 又 迅 速 消 逝 的 虚 夸 克 - 反 夸 克 对 鬼 态 弱 力 量 子 发 动 机 类 似 孤 子 链 的 孤 波 能 源, 正 是 真 空 屏 蔽 极 化 现 象 能 隙 和 赝 能 隙 跳 跃 过 程 的 π 介 子 原 子 核 内 存 在 π 介 子 的 集 体 模 式, 一 个 上 夸 克 和 一 个 反 下 夸 克 构 成 一 个 π +, 一 个 下 夸 克 和 一 个 反 上 夸 克 构 成 一 个 π, 它 们 互 为 反 粒 子 中 性 的 组 合 是 上 夸 克 和 反 上 夸 克 下 夸 克 和 反 下 夸 克 组 成 π 0 π 0 的 反 粒 子 就 是 自 己 π ± 介 子 因 弱 作 用 而 衰 变 : π + μ + +ν μ ;π μ +ν μ π + e + +ν e ;π e - +ν e 放 射 性 轻 子 型 衰 变, 即 β 衰 变, 最 终 生 成 一 个 中 性 π 介 子, 情 况 少 而 由 电 磁 力 作 用 的 衰 变, 是 主 要 形 式 :π 0 2 γ 占 %;π 0 γ+ e - + e + 占 1.198% 3) 孤 子 链 能 模 拟 鬼 场 鬼 态 鬼 圈 鬼 顶 点 鬼 自 由 度 等 量 子 性 质 说 明 环 面 是 奇 点 有 两 种 智 慧 一 种 是 把 奇 点 看 成 是 不 可 穿 透 的 球, 是 一 种 智 慧 而 把 奇 点 扩 容 到 环 面, 是 另 一 种 智 慧 1/2 自 旋 即 使 是 一 种 不 带 电 的 基 本 粒 子, 但 它 仍 是 费 米 子, 不 是 玻 色 子 群 论 类 似 一 种 分 数 自 旋 环 量 子 整 体 对 称 性 向 局 部 对 称 性 的 孤 子 链 过 渡, 能 用 群 论 自 旋 语 言 描 绘 四 种 相 互 作 用 力 如 环 量 子 线 旋 电 磁 力 起 源 于 U(1) 局 部 对 称 性, 弱 力 起 源 于 SU(2) 局 部 对 称 性, 而 强 力 起 源 于 SU(3) 局 部 对 称 性 U(1) 是 阿 贝 尔 群, SU(2) 和 SU(3) 都 属 于 非 阿 贝 尔 群 量 子 力 学 传 统 的 自 旋 理 解, 是 直 接 将 薛 定 谔 方 程 套 用 洛 仑 兹 变 换 四 维 矢 量 的 克 萊 因 戈 登 方 程, 后 电 子 波 函 数 演 化 方 程 的 狄 拉 克 方 程, 电 子 的 1/2 自 旋 成 为 必 然 的 相 对 论 要 求 但 狄 拉 克 方 程 冲 击 负 能 解, 即 对 于 自 旋 为 半 整 数 倍 的 费 米 子, 由 于 泡 利 不 相 容 原 理 存 在, 负 能 量 海 的 解 释 虽 说 得 过 去, 但 对 自 旋 为 整 数 倍 的 玻 色 子, 负 能 量 海 意 味 着 所 有 的 玻 色 子 都 要 无 限 制 地 跌 入 负 能 级 之 中 于 是 费 曼 提 出 了 一 个 类 似 点 内 空 间 的 赝 能 隙 观 点 : 反 粒 子 是 时 间 向 后 走 的 粒 子, 或 者 是 逆 着 粒 子 的 时 间 运 动 的 粒 子 从 时 间 流 逝 的 方 向 来 看, 这 个 粒 子 与 来 自 (x 0,t 0 ) 的 粒 子 接 触 并 双 双 消 失, 留 下 能 量 为 2mc 2 的 光 子 ; 这 个 过 程 正 是 正 反 粒 子 对 产 生 与 湮 灭 的 过 程 这 种 能 隙 因 素 用 世 界 线 来 描 述 该 粒 子 运 动 的 话, 把 正 电 子 当 成 是 进 入 点 内 空 间, 也 就 是 当 成 逆 着 时 间 方 向 运 动 的 电 子, 它 从 运 动 t 1 到 那 t 2 段 位 于 光 锥 之 外, 是 类 空 ( 点 内 空 间 ) 的 能 隙 路 径 在 这 个 极 限 的 两 侧 点 外 空 间 和 点 内 空 间, 分 别 存 在 着 时 间 流 逝 方 向 相 反 的 粒 子 也 就 是 说 沿 着 时 间 方 向 看 时 t 2 刻 一 个 电 子 正 在 运 动, 在 远 处 位 x 2 置 突 然 出 现 了 一 对 正 负 电 子 对 ; 之 后 就 是 原 来 时 t 1 刻 的 电 子 与 新 产 生 的 正 电 子 湮 灭, 而 新 产 生 的 那 个 电 子 则 继 续 朝 向 (x 3, t 3 ) 运 动, 这 样 的 话 新 产 生 的 电 子 可 以 看 做 原 电 子 的 未 来 如 果 把 点 内 空 间 当 成 是 能 隙 因 素, 把 这 整 个 过 程 当 成 一 个 电 子 被 能 隙 两 次 散 射 的 话, 这 看 起 来 就 是 该 电 子 在 能 隙 点 内 空 间 26

8 时 t 2 刻 完 成 了 一 个 超 时 空 的 跳 跃, 然 后 时 t 1 刻 本 体 才 消 亡 三 超 导 隐 形 传 输 与 实 验 设 计 量 子 超 导 隐 形 传 输 实 现 的 难 点 真 正 在 哪 里? 郭 光 灿 院 士 是 我 国 量 子 隐 形 传 输 的 权 威 之 一, 他 和 高 山 著 述 的 爱 因 斯 坦 的 幽 灵 ---- 量 子 纠 缠 之 谜 一 书 和 我 们 推 导 总 结 的 隐 秩 序 量 子 计 算 机 与 双 螺 旋 结 构 的 三 旋 联 系 超 导 量 子 信 息 技 术 等 论 著, 可 以 作 为 超 导 量 子 隐 形 传 输 实 现 认 知 的 基 础 1 纠 缠 不 等 于 共 轭, 共 轭 不 等 于 缠 结, 缠 结 不 等 于 幽 灵, 幽 灵 不 等 于 超 光 速, 超 光 速 不 等 于 实 数 超 光 速, 实 数 超 光 速 不 等 于 虚 数 超 光 速 量 子 隐 形 传 输 态 到 底 能 够 应 用 到 什 么 程 度? 这 里 的 问 题 是, 爱 因 斯 坦 的 幽 灵 ---- 量 子 纠 缠 之 谜 一 书 ( 下 简 称 郭 书 ) 的 量 子 隐 形 传 态 原 理 图 中, 有 发 送 者 EPR 源 和 接 收 者 三 者 之 间 类 似 成 等 腰 三 角 形,EPR 源 在 等 腰 三 角 形 的 顶 点, 到 发 送 者 和 接 收 者 的 距 离 类 似 相 等 而 EPR 源 实 际 是 靠 近 发 送 者 一 边, 才 好 把 发 送 者 的 明 文 和 加 密 的 密 钥 及 时 处 理 在 一 起, 以 便 才 有 量 子 通 信 的 实 用 效 果 这 里 发 送 者 和 接 收 者 之 间 实 际 存 在 有 三 种 关 系 连 接 线 :a 从 EPR 源 分 别 到 发 送 者 和 接 收 者 的 关 系 连 线 ;b 发 送 者 把 未 知 量 子 态 加 进 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 后, 此 信 息 隐 形 传 输 给 接 收 者 的 关 系 连 线 ;c 发 送 者 测 量 未 知 量 子 态 与 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 后, 用 经 典 通 信 告 诉 接 收 者 的 关 系 连 线 由 此, 郭 书 的 上 述 三 种 关 系 连 接 线 都 画 为 实 线, 没 有 无 错 但 分 析 郭 书 在 上 述 三 种 关 系 连 接 线, 是 变 为 只 有 两 条 :(a) 从 EPR 源 分 别 到 发 送 者 和 接 收 者 的 关 系 连 线 ;(c) 发 送 者 测 量 未 知 量 子 态 与 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 后, 用 经 典 通 信 告 诉 接 收 者 的 关 系 连 线 这 是 类 似 把 (b) 发 送 者 在 未 知 量 子 态 加 进 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 后, 将 此 信 息 隐 形 传 输 给 接 收 者 的 关 系 连 线, 与 (c) 线 合 一 ; 这 也 没 有 无 错 在 其 次, 郭 书 把 上 述 三 种 关 系 连 接 线 变 为 只 有 一 条, 也 是 可 行 的 ; 而 且 郭 光 灿 在 北 京 和 芜 湖 的 实 际 运 用 中, 也 许 正 是 只 用 一 条 线 路, 也 达 到 了 目 的 然 而 把 彭 罗 斯 的 通 往 实 在 之 路 一 书 ( 下 简 称 彭 书 ) 与 郭 书 相 比, 彭 罗 斯 更 着 重 于 量 子 纠 缠 的 原 理 阐 述 以 彭 书 中 显 示 量 子 纠 缠 的 非 因 果 性 传 播 的 量 子 隐 形 传 输 图 来 说,EPR 源 也 类 似 在 等 腰 三 角 形 的 顶 点, 到 发 送 者 和 接 收 者 的 距 离 类 似 相 等 ; 从 EPR 源 分 别 到 发 送 者 和 接 收 者 的 关 系 连 线, 彭 罗 斯 也 画 了 实 的 线 路, 但 实 际 是 虚 的 线 路 原 因 是 从 EPR 源 被 分 成 纠 缠 对 的 两 个 量 子 态, 分 别 到 发 送 者 和 接 收 者 手 里 后, 可 以 各 自 保 存 很 多 年 时 间, 只 要 不 与 别 的 量 子 态 接 触, 它 们 仍 然 是 原 样 成 纠 缠 对 的 两 个 量 子 态 其 次, 发 送 者 和 接 收 者 的 分 离 和 各 自 带 走, 可 以 不 用 线 路 连 接, 而 是 可 以 用 交 通 工 具, 如 飞 机 飞 船 火 车 轮 船 等 即 这 类 似 一 条 折 叠 的 已 经 消 失 了 的 关 系 连 线 再 其 次, 类 似 b, 发 送 者 把 未 知 量 子 态 加 进 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 后, 此 信 息 隐 形 传 输 给 接 收 者 的 关 系 连 线, 在 发 送 者 的 操 作 时 间 发 生 后, 是 没 有 的 如 果 这 条 关 系 连 线 还 存 在, 只 能 是 在 发 送 者 的 操 作 时 间 发 生 之 前, 即 那 条 从 EPR 源 被 分 成 纠 缠 对 的 两 个 量 子 态, 分 别 到 发 送 者 和 接 收 者 手 里 后, 发 送 者 和 接 收 者 用 交 通 工 具, 如 飞 机 飞 船 火 车 轮 船 等, 各 自 带 走 的 线 路 连 接, 因 此, 这 只 能 是 一 条 过 去 时 线 路 正 是 从 这 里, 彭 罗 斯 启 迪 我 们 把 哈 尔 彭 的 伟 大 的 超 越 一 书 中 说 的, 像 毛 毯 一 样 折 叠 的 连 续 的 多 层 膜 世 界 和 额 外 维 理 论, 与 此 联 系 了 起 来 1) 由 此, 彭 罗 斯 也 才 能 把 EPR 源 不 是 放 在 到 发 送 者 和 接 收 者 的 距 离 类 似 相 等 的 地 方, 更 不 是 放 在 靠 近 发 送 者 一 边, 而 是 放 在 靠 近 接 收 者 一 边 这 由 此 才 能 谈 论 郭 光 灿 念 念 不 忘 的 时 间 分 割 和 实 数 超 光 速 问 题 因 为 如 果 EPR 源 放 在 靠 近 接 收 者 一 边, 那 么 从 EPR 源 被 分 成 纠 缠 对 的 两 个 量 子 态, 分 别 到 发 送 者 和 接 收 者 手 里 后 的 时 间, 接 收 者 就 在 发 送 者 之 前 所 以, 发 送 者 能 把 未 知 量 子 态 与 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 的 合 并 操 作, 只 能 在 接 收 者 接 收 到 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 的 时 间 之 后 这 两 者 静 止 同 时 性 的 非 纠 缠 性 时 间 差, 正 是 谈 论 时 间 分 割 和 实 数 超 光 速 问 题 的 基 础 但 是 对 于 沿 接 收 者 到 发 送 者 方 向 高 速 行 进 的 观 察 者 来 说, 彭 罗 斯 认 为, 则 应 是 发 送 者 测 量 未 知 量 子 态 与 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 合 并 的 时 间, 是 发 生 在 接 收 者 接 收 到 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 的 时 间 之 先 2) 其 原 因 是, 彭 罗 斯 首 创 了 量 子 发 散 态 (U) 过 程 和 收 缩 态 (R) 过 程 的 自 主 知 识 产 权 理 论 U 过 程 对 应 韦 尔 张 量,R 过 程 对 应 里 奇 张 量, 于 是 彭 罗 斯 用 韦 尔 张 量 和 里 奇 张 量 清 楚 地 简 化 了 爱 因 斯 坦 的 广 义 相 对 论 引 力 方 程, 也 能 清 楚 地 说 明 量 子 退 相 干 和 量 子 宇 宙 学 的 一 些 难 题 所 以 彭 罗 斯 是 用 三 组 平 行 线 与 一 条 斜 线 相 交 来 说 明 的 斜 线 代 表 沿 接 收 者 到 发 送 者 方 向 高 速 行 进 的 观 察 者 而 观 察 者 高 速 的 出 发 时 间, 在 EPR 源 操 作 之 后, 又 在 接 收 者 和 发 送 者 分 别 接 收 到 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 之 前, 但 这 之 间 的 时 空 已 不 是 静 止 性 和 非 纠 缠 性 的 我 们 假 设 接 收 者 和 发 送 者 分 开 的 方 向 是 一 组 平 行 线, 如 果 EPR 源 发 散 态 (U) 操 作, 那 么 在 接 收 者 和 发 送 者 分 别 接 收 到 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 后 的 收 缩 态 (R) 操 作, 从 两 者 静 止 同 时 性 的 非 纠 缠 性 看, 只 能 是 一 组 垂 直 于 接 收 者 和 发 送 者 方 向 的 另 一 组 平 行 线 而 从 观 察 者 高 速 行 进 的 不 是 静 止 性 和 非 纠 缠 性 看 来, 在 接 收 者 和 发 送 者 分 别 接 收 到 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 后 的 收 缩 态 (R) 操 作, 产 生 的 纠 27

9 缠 性 量 子 幽 灵 的 这 组 平 行 线, 是 向 观 察 者 高 速 出 发 时 的 方 向 倾 斜 因 此 按 观 察 者 的 倾 斜 的 同 时 性 直 线 来 看, 自 然 是 发 送 者 的 测 量 发 散 U 操 作 点, 和 使 得 位 于 接 收 者 的 R 态 收 缩 同 时 点, 这 两 点 的 连 线 与 观 察 者 高 速 行 进 的 斜 线 的 相 交 点, 是 先 发 生 于 : 接 收 者 接 收 到 自 己 一 方 的 EPR 源 缠 结 量 子 后 发 散 收 缩 了 的 非 缠 结 U 操 作 点, 和 使 得 位 于 发 送 者 的 R 态 收 缩 同 时 点, 这 两 点 的 连 线 与 观 察 者 高 速 行 进 的 斜 线 的 相 交 点 的 3) 彭 罗 斯 虽 然 没 有 用 超 光 速 直 接 解 释 纠 缠 性 量 子 幽 灵, 但 其 实 他 是 把 超 光 速 隐 藏 在 量 子 发 散 态 (U) 过 程 和 收 缩 态 (R) 过 程 的 纠 缠 性 解 释 中 的 这 代 表 的 是 1935 年 爱 因 斯 坦 的 原 始 EPR 效 应 图 像 实 际 是 用 虚 数 超 光 速 直 接 解 释 的 纠 缠 性 量 子 幽 灵 的 因 为 彭 罗 斯 把 发 送 者 的 测 量 发 散 U 操 作 点, 和 使 得 位 于 接 收 者 的 R 态 收 缩 同 时 点 的 这 两 点 的 连 线, 是 用 过 去 时 联 系 的 非 因 果 量 子 纠 缠 态 点 画 线 标 注 的, 这 实 际 就 是 一 种 虚 数 超 光 速 解 释 这 条 过 去 时 联 系 的 非 因 果 量 子 纠 缠 态 连 线, 实 际 在 哪 里? 我 们 说, 就 在 点 内 空 间, 它 变 成 了 点 内 空 间 类 似 毛 毯 一 样 折 叠 的 连 续 的 多 层 膜 路 或 者 一 种 额 外 维 20 世 纪 90 年 代 后 量 子 信 息 学 应 用 型 研 究, 超 光 速 仍 是 解 释 纠 缠 性 量 子 幽 灵 避 不 开 的 话 题 郭 光 灿 虽 没 有 类 似 量 子 发 散 态 U 和 收 缩 态 R 的 自 主 知 识 产 权 理 论 的 遮 挡, 也 没 有 我 们 的 虚 数 超 光 速 解 释 是 用 点 内 空 间 赛 博 空 间 一 类 的 毛 毯 一 样 折 叠 的 膜 理 论 额 外 维 理 论 的 解 释 所 以 剩 下 给 他 的, 只 能 是 实 数 超 光 速 解 释 虽 然 在 郭 书 说 了 从 量 子 密 码 到 完 全 保 密 的 量 子 通 信, 从 量 子 计 算 机 到 未 来 的 量 子 互 联 网, 量 子 纠 缠 都 将 大 显 身 手, 有 大 用 处, 但 在 彭 书 上 仍 然 说, 不 清 楚 量 子 纠 缠 思 想 能 够 应 用 到 什 么 程 度 4) 三 旋 模 型 对 于 爱 因 斯 坦 波 多 尔 斯 基 罗 森 发 现 的 量 子 EPR 效 应 的 理 解 是, 众 所 周 知, 指 南 针 在 地 球 各 地 除 两 极 外, 都 能 定 向 相 同 指 向 南 方 这 个 道 理 很 简 单, 是 因 为 地 球 磁 场 对 指 南 针 的 作 用 引 起 的 因 此 也 说 明 如 航 天 飞 机 或 人 造 卫 星 离 开 地 球, 或 在 受 磁 性 材 料 干 扰 的 地 方, 用 指 南 针 定 向 是 不 适 用 的 但 科 学 家 们 找 到 了 一 种 陀 螺 罗 盘, 不 需 靠 磁 力 线 的 作 用 来 定 向, 而 是 利 用 陀 螺 本 身 的 多 层 自 旋 来 定 向 的 这 种 自 旋 定 向 的 原 理, 揭 示 了 自 然 界 中 自 旋 调 制 耦 合 功 能 的 EPR 效 应 普 遍 存 在 然 而 在 宏 观 物 体 身 上 是 很 难 做 到 非 粒 子 量 子 圈 态 线 旋 客 体, 因 为 三 旋 是 它 的 自 然 属 性 因 此 是 一 种 天 然 的 超 级 陀 螺 罗 盘 在 EPR 实 验 中 之 所 以 曾 经 耦 合 过 的 光 子, 在 分 开 以 后 还 会 出 现 整 体 效 应, 这 正 是 因 为 像 陀 螺 罗 盘 在 出 发 之 前 经 调 制 一 样, 耦 合 过 的 光 子, 它 们 像 经 过 调 制 的 陀 螺 一 样, 离 开 地 面 的 陀 螺 罗 盘 的 方 位 测 量, 是 跟 它 调 制 配 对 时 的 陀 螺 罗 盘 的 方 向 测 量 一 致 的, 因 此 在 EPR 测 量 中, 两 者 的 量 子 效 应 是 一 样 的 类 圈 体 三 旋 虽 能 解 决 1935 年 的 量 子 幽 灵 EPR 现 象 的 难 题, 但 要 全 部 解 答 郭 光 灿 院 士 书 中 描 述 的 幽 灵 般 超 距 缠 结 和 退 相 干 问 题, 是 不 可 能 的 好 在 量 子 类 圈 体 三 旋 的 科 学 假 说, 是 量 子 幽 灵 EPR 现 象 有 无 虚 或 实 超 光 速, 都 是 不 能 或 缺 的 其 次 才 是 类 圈 体 三 旋 的 自 主 理 论 产 生 后, 我 们 近 50 年 的 发 展, 三 旋 弦 膜 圈 说 已 是 建 立 在 现 有 膜 圈 说 的 随 意 与 持 续 组 合 上 例 如, 类 似 现 有 的 发 光 壁 纸 技 术 与 苯 分 子 晶 体 管 技 术, 和 现 有 的 EPR 量 子 纠 缠 整 体 效 应 退 相 干 效 应 科 学 假 说 与 三 旋 弦 膜 圈 假 说 以 全 新 方 式 组 合, 能 否 通 向 量 子 色 动 化 学 的 未 来 低 碳 能 源 等 市 场 化 的 一 类 应 用 呢? 其 实 道 理 是 相 通 的 以 郭 光 灿 书 的 量 子 隐 形 传 态 原 理 图 为 例 作 变 换,EPR 源 就 是 生 产 发 光 壁 纸, 其 核 心 技 术 包 括 了 类 似 苯 分 子 晶 体 管 技 术 的 运 用 其 效 果 是 这 种 发 光 壁 纸 必 须 达 到 能 配 对 产 生 量 子 纠 缠 整 体 效 应 接 收 者 是 买 方, 类 似 用 户 发 送 者 是 卖 方, 这 类 似 电 力 公 司 或 电 信 公 司 的 机 制 模 式, 也 许 还 包 括 特 殊 发 电 厂 这 种 发 光 材 料 是 制 成 薄 膜 的 能 覆 盖 在 墙 壁 上 的 发 光 壁 纸 ; 当 然 这 种 材 料 的 显 示 能 效, 比 现 在 的 标 准 节 能 灯 和 发 电 厂 要 更 方 便 和 更 省 电 更 廉 价 这 里 EPR 源 实 际 是 靠 近 发 送 者 一 边, 但 用 户 发 送 需 求 的 明 文 和 加 密 的 密 钥 处 理, 又 好 像 在 接 收 者 这 边 ; 而 且 也 需 要 用 经 典 通 信 连 线 用 户 和 卖 方 真 实 的 发 光 壁 纸 是, 这 一 新 产 品 使 用 非 常 薄 的 有 机 材 料 涂 层 和 玻 璃 基 板, 当 有 电 流 通 过 时, 这 些 有 机 材 料 就 会 发 光 现 有 的 产 品 在 大 面 积 显 示 降 低 成 本 和 延 长 使 用 寿 命 等 方 面 都 有 待 改 进 真 实 的 苯 分 子 晶 体 管 技 术 是, 制 作 分 子 晶 体 管 的 材 料 是 单 个 苯 分 子, 苯 分 子 在 附 着 到 黄 金 触 点 上 后, 就 可 以 发 挥 硅 晶 体 管 一 样 的 作 用, 能 够 利 用 通 过 触 点 施 加 在 苯 分 子 上 的 电 压, 操 纵 苯 分 子 的 不 同 能 态, 进 而 控 制 流 经 该 分 子 的 电 流 其 原 理 类 似 像 推 一 个 球 滚 过 山 顶, 球 就 代 表 电 流, 而 山 的 高 度 则 代 表 苯 分 子 的 不 同 能 态 调 整 山 的 高 度, 山 低 时 允 许 电 流 通 过, 而 山 高 时 则 阻 止 电 流 通 过 由 于 流 经 苯 分 子 的 电 流 能 够 控 制, 因 此 就 可 以 像 使 用 普 通 晶 体 管 一 样 使 用 苯 分 子 晶 体 管 但 这 两 者 的 实 际 应 用, 也 许 还 需 要 几 年 或 者 几 十 年 的 时 间 量 子 隐 形 传 态 发 光 壁 纸 和 真 实 的 发 光 壁 纸 与 真 实 的 苯 分 子 晶 体 管 还 是 两 码 事, 但 拿 这 些 现 有 的 技 术 为 基 础, 以 量 子 隐 形 传 输 全 新 方 式 组 合 的 结 果, 是 可 能 开 发 得 出 来 的 2 量 子 纠 缠 是 两 个 ( 或 多 个 ) 粒 子 的 叠 加 态, 这 些 粒 子 作 为 一 个 整 体 来 看 如 果 试 图 窃 听 或 偷 走 其 中 一 个 光 子 的 信 息, 你 将 任 何 信 息 都 得 不 到 因 为 量 子 纠 缠 类 似 指 两 个 粒 子 的 自 旋 态 类 型 完 全 相 同, 这 类 似 自 然 光, 经 过 偏 振 片 后 改 变 成 为 具 有 一 定 振 28

10 动 方 向 的 光 ; 或 自 旋 态 完 全 是 正 交 与 对 称 的, 而 不 是 完 全 的 硬 性 连 接 其 次, 所 谓 的 超 光 速, 对 应 平 均 速 度 和 瞬 时 速 度, 也 有 平 均 超 光 速 和 瞬 时 超 光 速 的 分 别 平 均 超 光 速 偏 重 计 算 得 出 的 结 果, 瞬 时 超 光 速 偏 重 直 接 测 量 得 出 的 结 果 如 翻 山 越 岭 过 高 山 后 的 汽 车 平 均 速 度 和 穿 过 这 座 高 山 的 隧 道 口 的 瞬 时 速 度 可 以 相 同, 但 计 算 穿 过 这 座 高 山 隧 道 后 的 汽 车 平 均 速 度, 就 可 能 大 于 翻 山 越 岭 过 高 山 的 平 均 速 度 类 此 超 光 速 有 膺 速 度 和 点 内 空 间 之 说, 相 对 有 形 的 物 质 是 一 种 类 似 虚 数 的 暗 物 质 我 们 把 郭 书 对 隐 形 传 输 提 出 波 函 数 坍 缩 过 程 的 规 律 很 可 能 违 背 相 对 性 原 理, 从 导 致 绝 对 参 照 系 的 存 在, 而 进 行 的 二 次 量 子 化 处 理 解 决 相 对 论 的 局 域 性 与 量 子 力 学 的 全 域 性 不 协 调 问 题, 称 为 郭 光 灿 超 光 速 辐 射, 或 简 称 超 光 速 辐 射 郭 书 探 寻 绝 对 说 的 最 小 本 体 论, 指 某 种 事 物 从 根 本 上 不 可 测 知, 它 便 是 不 存 在 的, 可 以 证 伪 相 对 论 和 量 子 力 学 郭 书 说 佩 西 瓦 的 双 贝 尔 实 验, 最 能 使 爱 因 斯 坦 相 对 性 原 理 失 效 但 用 超 光 速 辐 射, 却 能 证 明 双 贝 尔 实 验 并 不 完 善 : 连 续 运 动 空 间 如 齿 轮 传 动, 速 度 是 有 限 的, 类 似 不 能 超 光 速 非 连 续 运 动 必 然 有 间 断, 在 不 同 性 质 的 间 断 还 能 连 续 运 动, 称 为 超 距 作 用 而 超 距 作 用 本 质 上 是 具 有 瞬 时 性 和 非 连 续 性, 它 无 法 利 用 空 间 传 播 过 程 来 描 述 数 学 上 的 无 穷 大 速 度 等 价 于 瞬 时 性, 即 实 超 光 速 类 似 等 价 于 超 距 作 用 贝 尔 定 理 对 超 距 作 用 的 理 解 为 非 定 域 性, 所 以 量 子 理 论 的 非 连 续 间 断 性, 也 可 理 解 为 允 许 非 定 域 性 或 超 距 作 用 的 存 在 波 函 数 坍 缩 类 似 间 断 非 连 续, 非 定 域 性, 无 法 利 用 空 间 传 播 过 程 来 描 述, 那 么 这 个 空 间 在 数 学 上 指 什 么 样 的 空 间? 其 实 这 才 是 爱 因 斯 坦 和 玻 尔 之 间 的 分 歧 相 对 论 说 数 学 方 程 中 的 虚 数 应 该 去 掉, 而 玻 尔 却 把 爱 因 斯 坦 丢 掉 的 数 学 拾 起 来, 认 为 这 个 空 间 类 似 希 尔 伯 特 空 间, 是 虚 数 和 实 数 兼 容 的 复 数 时 空, 即 类 似 点 内 空 间 --- 这 可 比 作 房 子 ; 空 间 的 点 类 似 房 子, 点 内 空 间 和 点 外 空 间 构 成 的 虚 数 和 实 数 兼 容 的 复 数 时 空 机 械 连 续 图 像 那 么 爱 因 斯 坦 和 玻 尔 谁 对 谁 错 呢? 贝 尔 不 等 式 的 无 数 实 验 证 明, 玻 尔 更 具 有 辩 证 特 色 但 爱 因 斯 坦 和 玻 尔 两 人 在 数 学 上 都 留 下 洛 仑 兹 不 变 性 式 的 虚 数, 即 洛 仑 兹 不 变 性 数 学 结 构 是 虚 数 和 实 数 兼 容 存 在 的 所 以 所 谓 的 量 子 非 定 域 现 象 不 满 足 洛 仑 兹 不 变 性, 是 人 为 造 成 的 简 单 总 结 一 下, 如 果 把 连 续 性 的 点 外 空 间 正 反 称 为 一 次 量 子 化, 非 连 续 性 的 点 内 空 间 正 反 称 为 二 次 量 子 化, 那 么 即 是 : 连 续 性 相 对 论 一 次 量 子 化 ---- 非 连 续 ---- 非 定 域 性 ---- 波 函 数 坍 缩 ---- 二 次 量 子 化 ---- 郭 光 灿 超 光 速 辐 射 ---- 霍 金 辐 射 ---- 相 对 论 二 次 量 子 化 双 贝 尔 实 验 的 因 果 回 路, 正 是 相 对 论 的 二 次 量 子 化 要 说 明 的 即 联 系 霍 金 黑 洞 辐 射, 黑 洞 外 部 附 近 的 量 子 真 空 起 伏, 是 指 造 成 的 一 个 粒 子 及 其 反 粒 子 构 成 的 成 对 粒 子, 在 彼 此 湮 灭 并 最 终 双 双 消 失 前, 如 果 可 以 在 非 常 短 暂 时 间 内 在 真 空 区 自 然 出 现, 这 是 一 种 连 续 性 的 点 外 空 间 负 实 数 或 者 虚 数 的 一 次 相 对 论 量 子 化 如 果 这 种 成 对 粒 子 在 黑 洞 边 缘 附 近 形 成, 其 中 的 粒 子 在 被 摧 毁 前 可 能 掉 入 黑 洞, 反 粒 子 则 被 搁 浅 在 事 件 视 界 之 外 ---- 这 种 一 次 相 对 论 量 子 化 的 量 子 纠 缠, 被 称 为 是 黑 洞 存 在 霍 金 辐 射 那 么 郭 光 灿 超 光 速 辐 射 相 对 论 二 次 量 子 化 是, 光 子 被 感 光 屏 上 处 于 此 区 域 的 原 子 吸 收 了, 被 看 成 类 似 量 子 落 入 霍 金 黑 洞, 那 么 它 是 分 成 两 个 过 程 演 化 的 一 是, 量 子 波 粒 二 象 性 检 测, 粒 子 打 在 检 测 屏 上 产 生 的 决 定 性 结 果, 常 常 被 称 为 退 相 干 效 应 如 果 我 们 把 从 量 子 叠 加 到 检 测 屏 上 退 相 干 的 决 定 性 结 果 的 湮 灭 粒 子, 进 一 步 导 致 大 量 临 近 原 子 的 一 种 不 可 逆 过 程, 看 成 类 似 黑 洞 边 缘 附 近 形 成 的 量 子 真 空 起 伏, 造 成 由 一 个 粒 子 及 其 反 粒 子 构 成 的 成 对 粒 子, 在 最 终 产 生 感 光 屏 上 的 一 个 永 久 记 录 前 其 中 的 粒 子 可 能 掉 入 点 内 空 间, 它 的 反 粒 子 则 被 搁 浅 在 点 外 空 间, 由 于 它 也 是 虚 数 粒 子, 所 以 这 个 点 外 空 间 相 对 它 来 说, 也 是 点 内 空 间 但 这 实 际 是 相 对 论 二 次 量 子 化, 这 里 由 于 留 下 的 正 虚 数 粒 子 受 到 真 正 点 内 空 间 另 一 侧 正 虚 数 粒 子 的 排 斥, 而 发 生 类 似 退 相 干 霍 金 辐 射 的 郭 光 灿 超 光 速 辐 射, 这 就 是 EPR 量 子 幽 灵 发 生 量 子 移 物 隐 形 传 输 的 图 像 其 次, 因 为 这 种 量 子 波 粒 二 象 性 实 验 检 测, 已 经 是 一 个 实 际 的 操 作 过 程, 那 么 退 相 干 湮 灭 的 实 际 的 粒 子, 对 整 个 实 际 的 实 验 粒 子 和 点 外 空 间 来 说, 这 也 类 似 点 外 空 间 狄 拉 克 量 子 海 洋, 落 入 检 测 屏 中 的 湮 灭 粒 子 走 了, 自 然 在 狄 拉 克 点 外 空 间 量 子 海 洋 一 侧 膜 面 搁 浅 留 下 一 个 空 洞 如 果 设 落 入 检 测 屏 中 的 湮 灭 粒 子 为 负 虚 数 粒 子, 那 么 在 狄 拉 克 点 外 空 间 量 子 海 洋 一 侧 膜 面 留 下 的 那 一 个 空 洞 也 类 似 一 个 实 数, 被 分 为 正 负 两 个 实 数 粒 子 空 洞 这 个 负 实 数 粒 子 的 突 然 收 缩 消 失, 会 进 一 步 导 致 大 量 临 近 量 子 的 一 种 不 可 逆 的 动 力 过 程, 造 成 相 对 论 时 空 允 许 的 类 似 顺 时 针 和 反 时 针 相 间 连 续 传 动 的 齿 轮 传 动 图 像 这 是 超 光 速 辐 射 补 充 的 相 对 论 一 次 量 子 化 图 像 正 是 有 以 上 两 种 齿 轮 传 动, 双 贝 尔 实 验 不 能 说 明 它 想 要 说 明 的 问 题 即 双 贝 尔 实 验 涉 及 的 爱 因 斯 坦 幽 灵, 属 于 宇 宙 极 问 难 题 1) 所 谓 的 双 贝 尔 实 验, 类 似 A 和 B 俩 亲 兄 弟 与 C 和 D 俩 亲 姊 妹,4 人 都 各 自 分 开 在 不 同 地 方 工 作, 除 开 B 与 C 因 恋 爱 有 电 话 联 系 D 与 A 因 恋 爱 有 电 话 联 系 外, 他 们 是 两 个 无 关 的 不 同 家 庭 或 家 族 的 成 员, 但 他 们 都 有 相 同 的 社 会 背 景 或 受 到 生 存 29

11 迫 害 A 先 操 作,B 通 过 家 族 可 以 听 到 消 息 相 应 地,C 先 操 作,D 通 过 家 族 可 以 听 到 消 息 按 连 续 定 域 性 常 规 逻 辑 的 消 息 回 路 时 序 是 : 假 设 A 先 自 杀, 通 过 家 族 传 言 B 听 到 消 息,B 通 过 电 话 告 诉 C 于 是 C 先 自 杀, 通 过 家 族 传 言 D 听 到 消 息,D 通 过 电 话 告 诉 A 但 在 常 规 逻 辑 中 也 有 这 种 情 况, 由 于 事 件 A 和 B 之 间 C 和 D 之 间, 仅 仅 是 传 言 以 及 没 有 恋 爱 关 系, 上 面 的 回 路 时 序, 可 以 存 在 不 会 形 成 逻 辑 上 被 禁 止 的 因 果 回 路 如 果 把 这 个 事 件 引 进 到 类 似 超 光 速 辐 射 的 量 子 纠 缠 系 统 中, 这 两 种 对 应 的 情 况 也 存 在, 按 量 子 纠 缠 系 统 可 释 义 为 预 感 相 对 论 一 次 量 子 化, 对 应 按 连 续 定 域 性 常 规 逻 辑 的 消 息 回 路 时 序, 那 么 郭 光 灿 超 光 速 辐 射 的 相 对 论 二 次 量 子 化 类 似, 假 设 A 先 自 杀 ; 通 过 家 族 传 言,B 还 没 有 听 到 消 息 也 自 杀 了, 原 因 是 B 对 A 的 自 杀 早 有 预 感, 而 悲 观 但 B 在 自 杀 之 前,B 通 过 电 话 告 诉 了 C 于 是 C 悲 观 先 自 杀, 但 通 过 家 族 传 言,D 还 没 有 听 到 消 息 也 自 杀 了, 原 因 也 是 C 对 D 的 自 杀 也 早 有 预 感, 而 悲 观 当 然,D 在 自 杀 之 前,D 通 过 电 话 告 诉 了 A 那 么 A B 之 间 及 C D 之 间, 存 在 的 这 种 类 似 的 量 子 因 果 预 感 连 接, 使 上 述 的 时 序 回 路 形 成 因 果 回 路, 也 是 有 可 能 的 2) 但 这 里 也 出 现 悖 论 : 一 是 B 与 C 的 电 话 联 系, D 与 A 的 电 话 联 系, 谁 先? 谁 后? 如 果 B 对 A 的 预 感 先 于 传 言, 其 时 间 差 用 来 填 补 B 与 C 的 电 话 联 系 多 用 出 的 时 间 ;D 对 C 的 预 感 先 于 传 言, 其 时 间 差 用 来 填 补 D 与 A 的 电 话 联 系 多 用 出 的 时 间,B 与 C 的 电 话 联 系 和 D 与 A 的 电 话 联 系, 两 者 可 以 是 同 时 的, 那 么 即 使 有 因 果 回 路, 也 是 等 价 于 零 的 其 次, 也 说 明, 在 宇 宙 极 问 条 件 下, 相 对 论 与 量 子 理 论 即 使 有 悖 论, 在 实 践 意 义 上 也 是 等 价 的 证 明 是,A 先 自 杀, 通 过 家 族 传 言 B 听 到 消 息, 不 等 价 于 B 用 电 话 与 A 联 系 的 验 证 D 先 自 杀, 通 过 家 族 传 言 C 听 到 消 息, 不 等 价 于 D 用 电 话 与 C 联 系 的 验 证 所 以 不 管 是 有 连 续 定 域 性 常 规 传 言 逻 辑 回 路, 还 是 没 有 非 连 续 非 定 域 性 超 光 速 预 感 逻 辑 回 路, 可 靠 性 仍 需 爱 因 斯 坦 类 似 机 械 特 点 的 用 电 话 联 系 验 证 3) 目 前 有 争 论 : 多 粒 子 量 子 纠 缠 态 隐 形 传 输, 是 否 真 的 按 确 定 数 目 的 是 光 子 进 行 的 光 子 量 子 态 隐 形 传 输? 从 物 理 角 度 讲, 用 不 着 在 普 朗 克 长 度 单 位 的 范 围 进 行 单 个 光 子 的 一 一 测 量 因 为 比 特 是 个 两 态 系 统, 它 可 以 制 备 为 两 个 可 识 别 状 态 中 的 一 个, 如 是 或 非, 真 或 假,0 或 1 在 数 字 计 算 机 中, 电 容 器 平 板 之 间 的 电 压 可 表 示 信 息 比 特, 有 电 荷 代 表 1, 无 电 荷 代 表 0 一 个 比 特 的 信 息, 还 可 以 用 两 个 不 同 的 光 偏 振 或 原 子 的 两 个 不 同 能 级 来 编 码 量 子 信 息 的 单 元 称 为 量 子 比 特, 它 是 两 个 逻 辑 态 的 叠 加 态 经 典 比 特 可 以 看 成 量 子 比 特 的 特 例 用 量 子 态 来 表 示 信 息 是 量 子 信 息 的 出 发 点, 有 关 信 息 的 所 有 问 题 都 必 须 采 用 量 子 力 学 理 论 来 处 理, 信 息 的 演 变 遵 从 薛 定 谔 方 程, 信 息 传 输 就 是 量 子 态 在 量 子 通 道 中 的 传 送, 信 息 提 取 便 是 对 量 子 系 统 实 行 量 子 测 量 在 实 验 中 任 何 两 态 的 量 子 系 统 都 可 以 用 来 制 备 成 量 子 比 特, 常 见 的 有 : 光 子 的 正 交 偏 振 态 电 子 或 原 子 核 的 自 旋 原 子 或 量 子 点 的 能 级 任 何 量 子 系 统 的 空 间 模 式 等 而 光 子 是 玻 色 子, 可 以 有 多 于 两 个 粒 子 的 组 合 信 息 一 旦 量 子 化, 量 子 力 学 的 特 性 便 成 为 量 子 信 息 的 物 理 基 础 4) 量 子 态 是 指 原 子 中 子 质 子 等 粒 子 的 状 态 如 果 把 表 征 量 子 态 的 能 量 旋 转 运 动 磁 场 等 物 理 特 性 看 作 量 子 信 息, 那 么 这 些 量 子 信 息 还 包 含 了 其 物 理 特 性 的 共 轭 态, 所 以 粒 子 的 量 子 信 息 常 常 是 多 共 轭 的 这 在 基 本 粒 子 物 理 学 中 大 部 分 是 用 标 准 模 型 和 超 对 称 理 论 处 理 的 由 于 以 爱 因 斯 坦 为 代 表 的 一 方 始 终 认 定 量 子 力 学 不 是 完 备 的 理 论, 而 以 哥 本 哈 根 学 派 领 袖 玻 尔 为 代 表 的 另 一 方 则 坚 信 量 子 理 论 的 正 确 性, 使 宏 观 和 微 观 之 间 的 认 知 的 矛 盾 尖 锐 起 来 一 是 量 子 力 学 在 继 承 宏 观 物 体 的 球 量 子 模 型 时, 又 抛 弃 了 球 量 子 的 自 旋 概 念, 另 立 一 套 与 宏 观 不 同 的 自 旋 概 念 这 是 由 于 量 子 客 体 的 波 粒 两 象 性, 迫 使 人 们 不 得 不 引 入 波 函 数 ( 量 子 态 ) 来 描 述 量 子 客 体 的 状 态, 量 子 世 界 的 千 奇 百 怪 的 特 性 正 是 起 源 于 这 个 量 子 态 那 么 这 个 量 子 客 体 的 状 态, 按 宏 观 的 特 性 是 个 什 么 概 念 呢? 这 是 一 个 既 似 刚 体 又 像 流 体 既 似 完 整 又 像 破 裂 的 模 糊 体 的 不 确 定 性 概 念 自 旋 不 像 平 动 平 动 类 似 趋 向 弥 漫 或 弥 散 态, 自 旋 更 像 一 种 浓 缩 的 体 环 量 子 三 旋 模 型 不 是 对 正 统 量 子 力 学 本 身 作 出 变 革, 而 是 仅 就 正 统 量 子 论 本 身 作 出 一 点 变 革 即 既 然 坂 田 昌 一 反 对 量 子 力 学 哥 本 哈 根 学 派 不 可 分 思 想 的 点 模 型, 主 张 能 够 分 的 体 模 型, 那 么 量 子 态 的 体 也 可 以 有 类 似 宏 观 物 体 的 自 旋, 这 使 我 国 过 早 地 引 发 了 球 量 子 与 环 量 子 之 争 因 为 环 量 子 和 球 量 子 的 内 禀 自 旋 是 不 同 的 例 如 环 量 子 的 自 旋 有 三 种 内 禀 运 动 : 可 以 有 体 旋 绕 圈 面 内 轴 线 的 旋 转 ; 面 旋 绕 垂 直 于 圈 面 中 心 的 轴 线 旋 转 ; 线 旋 绕 圈 体 内 环 状 中 心 线 的 旋 转 三 旋 的 体 旋 有 二 种 状 态 ( 正 反 ) 面 旋 有 二 种 状 态 ( 正 反 ) 线 旋 中 的 平 凡 线 旋 有 二 种 状 态 ( 正 反 ); 线 旋 中 的 非 平 凡 线 旋 有 四 种 状 态 ( 左 斜 正 反 ; 右 斜 正 反 ) 环 量 子 按 单 动 ( 只 做 一 种 旋 动 ) 双 动 ( 同 时 做 两 种 旋 动 ) 三 动 ( 同 时 做 三 种 旋 动 ), 可 以 有 62 种 不 同 的 三 旋 状 态 组 合 而 其 中 的 线 旋 就 类 似 宏 观 的 涡 旋, 所 以 环 量 子 能 完 成 既 似 刚 体 又 像 流 体 既 似 完 整 又 像 破 裂 的 模 糊 体 的 不 确 定 性 概 念, 因 此 30

12 能 把 波 函 数 的 本 性 如 薛 定 谔 认 为 的 波 动 方 程 中, 波 场 是 集 中 积 聚 在 微 小 空 间 内 而 形 成 的 波 群 或 波 包 的 解 释 说 清 楚, 也 能 解 决 类 似 薛 定 谔 猫 佯 谬 和 EPR 佯 谬 等 许 多 宏 观 与 微 观 分 野 的 问 题 这 就 是 环 量 子 的 多 种 自 旋 类 似 内 禀 存 在 的 多 共 轭 量 子 态 3 自 然 界 是 否 确 实 按 照 环 量 子 三 旋 理 论 的 规 律 运 行? 也 可 以 从 量 子 信 息 学 的 角 度 来 参 加 公 开 的 较 量 量 子 信 息 学 是 由 于 量 子 特 性 在 信 息 领 域 中 有 着 独 特 的 功 能, 而 以 量 子 力 学 的 态 叠 加 原 理 为 基 础, 成 为 量 子 力 学 与 信 息 科 学 相 结 合 的 研 究 信 息 处 理 的 一 门 新 兴 前 沿 科 学 量 子 信 息 学 包 括 量 子 密 码 术 量 子 通 信 量 子 计 算 机 等 几 个 方 面 量 子 计 算 的 格 点 规 范, 量 子 比 特 可 以 制 备 在 两 个 逻 辑 态 0 和 1 的 相 干 叠 加 态, 换 句 话 讲, 它 可 以 同 时 存 储 0 和 1 这 是 环 量 子 的 三 旋 能 办 到 的 这 中 间 类 似 的 所 谓 格 点 规 范 量 子 网 络, 固 体 模 型 等, 是 又 回 到 一 种 图 形 描 述, 而 图 形 对 应 形 状, 又 有 基 本 的 球 面 与 环 面 之 分, 因 此 又 与 环 量 子 的 多 种 内 禀 自 旋 存 在 的 多 共 轭 量 子 态 是 相 联 系 的 潘 建 伟 教 授 的 量 子 纠 缠 经 典 信 息 处 理 的 最 基 本 单 元 是 比 特, 即 二 进 制 数 0 或 1; 而 一 个 按 照 一 定 数 学 规 则 给 出 的 随 机 二 进 制 数 据 串 构 成 一 个 密 钥, 经 典 通 信 中 最 难 解 决 的 问 题 是 密 钥 分 配 问 题 如 果 密 钥 分 配 不 是 绝 对 保 密, 经 典 密 码 通 信 也 就 不 可 能 绝 对 保 密 但 郭 光 灿 潘 建 伟 等 科 学 家 开 展 的 研 究 发 现, 基 于 量 子 力 学 线 性 叠 加 原 理 和 不 可 克 隆 定 理 的 量 子 密 钥 分 配, 却 可 以 从 根 本 上 解 决 密 钥 分 配 这 一 世 界 性 难 题 虽 然 目 前 美 国 马 萨 诸 塞 州 技 术 研 究 所 与 洛 斯 阿 拉 莫 斯 国 家 实 验 室, 研 制 量 子 计 算 机 运 算 器 已 成 事 实, 但 由 于 没 有 完 备 理 论 的 指 导, 西 方 量 子 计 算 机 原 理 中 存 在 有 纰 漏 例 如 Neil Gershenfeld 等 人 阐 释 量 子 计 算 机 能 同 时 处 于 多 个 状 态 且 能 同 时 作 用 于 它 的 所 有 不 同 状 态 的 量 子 陀 螺 原 理 图 时, 对 量 子 位 不 动 的 几 种 陀 螺 旋 转, 就 分 辨 不 清, 明 显 的 错 误 是 把 陀 螺 绕 Y 轴 的 体 旋 称 为 进 动, 这 是 不 确 切 的 其 原 因 是 体 旋 实 际 比 面 旋 复 杂 而 这 一 点 却 让 量 子 计 算 机 原 理 研 究 的 专 家 所 忽 视, 这 类 量 子 计 算 机 原 理 中 的 纰 漏, 与 量 子 计 算 机 以 量 子 态 作 为 信 息 的 载 体 有 关 因 为, 人 们 已 提 出 用 光 子 电 子 原 子 离 子 量 子 点 核 自 旋 以 及 超 导 体 中 的 库 柏 对 等 物 理 系 统 作 为 量 子 比 特 的 方 案, 这 使 量 子 行 为 与 经 典 物 理 的 联 系 更 紧 密, 但 它 也 揭 示 出 经 典 物 理 概 念 天 生 的 不 足, 从 而, 非 引 入 三 旋 概 念 莫 属 计 算 机 可 以 是 任 何 式 样 的 东 西, 也 可 以 有 不 同 式 样 的 算 法 以 量 子 计 算 机 和 DNA 计 算 机 为 例, 量 子 计 算 机 利 用 的 基 本 元 件 是 原 子 和 分 子, 依 据 的 是 电 子 或 原 子 核 的 旋 转 以 及 量 子 粒 子 的 奇 异 特 性, 即 在 不 被 观 测 的 情 况 下, 量 子 粒 子 可 以 同 时 向 不 同 的 方 向 旋 转 传 统 计 算 机 采 用 的 是 晶 体 管, 利 用 晶 体 管 的 开 和 关 来 表 示 1 和 0, 即 是 取 定 值 0 或 1 的 比 特 进 行 工 作, 非 0 即 1 而 在 量 子 计 算 机 中, 光 子 可 以 是 水 平 偏 振 和 垂 直 偏 振 的 叠 加 态, 原 子 的 自 旋 可 以 同 时 处 于 向 上 向 下 旋 转 的 不 确 定 的 超 态 即 量 子 计 算 机 采 用 的 是 量 子 比 特, 一 个 量 子 比 特 可 以 是 0 或 1, 也 可 以 既 存 储 0 又 存 储 1 在 解 决 问 题 时, 量 子 计 算 机 并 不 是 依 次 把 全 部 数 字 加 起 来, 而 是 在 同 一 时 间 把 所 有 的 数 字 加 起 来 由 于 一 个 二 进 制 位 只 能 存 储 一 个 数 据, 所 以 几 个 二 进 制 位 就 只 能 存 储 几 个 数 据 而 由 于 量 子 叠 加 效 应, 一 个 量 子 位 可 以 存 储 2 个 数 据,n 个 量 子 位 可 存 储 2 的 n 次 方 个 数 据, 便 大 大 提 高 了 存 储 能 力 此 外, 现 在 计 算 中 基 本 的 逻 辑 门 是 与 门 和 非 门, 对 量 子 计 算 机 来 说, 所 有 操 作 必 须 是 可 逆 的, 就 是 说 由 输 出 可 以 反 推 出 输 入 因 此 现 在 的 逻 辑 门 多 不 能 用, 而 需 要 使 用 能 实 现 可 逆 操 作 的 逻 辑 门 它 就 是 控 制 非 门, 又 叫 量 子 异 或 门 有 了 存 储 信 息 的 量 子 位, 又 有 了 用 以 进 行 运 算 的 量 子 逻 辑 门, 便 可 以 建 造 量 子 量 子 计 算 机 了 其 设 计 思 想 是 把 一 束 激 光 或 者 电 波 照 射 到 一 些 精 心 排 列 的 像 陀 螺 一 般 旋 转 的 原 子 核 上 当 波 或 者 波 从 这 些 原 子 上 反 弹 时, 它 会 改 变 其 中 一 些 原 子 核 的 旋 转 方 向 分 析 这 些 旋 转 发 生 了 什 么 改 变 就 能 够 完 成 复 杂 的 计 算 任 务 但 以 上 仅 是 能 处 理 1 或 2 个 量 子 比 特 的 逻 辑 门 的 单 台 量 子 计 算 机 实 用 的 关 键 是 在 两 个 逻 辑 门 或 处 理 器 之 间 可 靠 地 传 输 量 子 数 据, 这 不 管 是 在 一 台 量 子 计 算 机 内 或 是 要 通 过 量 子 网 络, 都 是 需 要 的 即 必 须 实 现 多 粒 子 的 量 子 缠 结 状 态, 或 叫 用 量 子 移 物 的 办 法 解 决 当 然 这 也 需 要 有 黎 曼 这 样 的 空 间 想 象 力 如 果 用 类 似 黎 曼 的 想 象 力 来 看 三 旋, 即 如 果 用 类 似 黎 曼 度 规 符 号 建 构 三 旋 度 规, 根 据 排 列 组 合 和 不 相 容 原 理, 三 旋 可 以 构 成 三 代 共 62 种 自 旋 状 态, 即 需 要 在 每 一 点 引 进 62 个 数 而 三 旋 的 单 动 态 是 10 个, 它 们 可 以 包 容 在 10 乗 10 的 方 阵 中 其 实, 三 旋 理 论 通 过 孤 子 演 示 链 的 模 拟, 已 能 提 示 自 然 界 的 DNA 双 螺 旋 结 构, 如 何 早 就 在 进 行 相 似 计 算 这 种 最 艰 难 的 工 作 1) 量 子 理 论 虽 然 把 任 何 事 物 包 括 光 物 质 能 量 甚 至 时 间 都 看 成 是 以 大 量 的 量 子 形 式 显 现 的, 并 且 这 些 量 子 是 粒 子 和 波 的 多 种 组 合, 以 多 种 方 式 运 动, 但 量 子 的 拓 扑 几 何 形 状 抽 象 却 长 期 没 有 统 一 一 种 认 为 量 子 是 质 点, 如 类 粒 子 模 型 ; 一 种 认 为 量 子 是 能 量 环, 如 类 圈 体 环 量 子 模 型 电 子 计 算 机 属 类 粒 子 模 型, 因 为 它 的 微 处 理 器 是 以 大 规 模 和 超 大 规 模 半 导 体 集 成 电 路 芯 片 为 部 件, 这 是 以 晶 体 能 带 p-n 结 法 则 决 定 的 电 子 集 群 粒 子 性 为 基 础 得 以 开 发 31

13 的 而 量 子 计 算 机 则 属 于 类 圈 体 环 量 子 模 型, 因 为 一 台 桌 式 量 子 计 算 机 的 基 本 元 件 如 核 磁 共 振 分 光 计, 它 操 纵 的 是 量 子 的 自 旋, 而 类 圈 体 环 量 子 模 型 最 具 有 自 旋 操 作 的 特 色 类 圈 体 的 三 旋 即 面 旋 体 旋 线 旋 不 仅 可 以 用 作 夸 克 的 色 动 力 学 编 码, 而 且 也 可 以 用 作 量 子 计 算 逻 辑 门 的 建 造 因 为 类 圈 体 环 量 子 的 三 旋 根 据 排 列 组 合 和 不 相 容 原 理, 可 构 成 三 代 62 种 自 旋 状 态, 并 且 为 量 子 的 波 粒 二 相 性 能 作 更 直 观 的 说 明 : 在 类 圈 体 上 任 意 作 一 个 标 记 ( 类 似 密 度 波 ), 由 于 存 在 三 种 自 旋, 那 么 在 类 圈 体 的 质 心 不 作 任 何 运 动 的 情 况 下, 观 察 标 记 在 时 空 中 出 现 的 次 数 是 呈 几 率 波 的, 更 不 用 说 它 的 质 心 有 平 动 和 转 动 的 情 况 这 与 量 子 行 为 同 时 处 于 多 种 状 态 且 能 同 时 处 理 它 的 所 有 不 同 状 态 是 相 通 的 而 这 正 是 量 子 计 算 机 开 发 的 理 论 基 础, 并 且 能 提 高 计 算 速 度 例 如 打 开 一 把 有 两 位 的 号 码 锁, 在 电 子 计 算 机 中 一 位 的 状 态 由 0 或 1 规 定, 两 位 就 构 成 4 种 不 同, 即 0 与 0,0 与 1,1 与 0,1 与 1; 随 着 计 算 过 程 的 进 行, 数 据 位 很 有 秩 序 地 在 众 多 的 逻 辑 门 间 移 动, 因 此 可 能 需 要 进 行 4 次 尝 试 才 能 打 开 而 一 台 由 极 少 量 的 氯 仿 (CHCl 3 ) 构 成 的 两 位 量 子 计 算 机 中, 一 个 量 子 位 可 同 时 以 0 和 1 的 状 态 存 在, 两 个 量 子 位 也 构 成 类 似 的 4 种 不 同 状 态, 但 量 子 位 不 需 移 动, 要 执 行 的 程 序 被 汇 编 成 一 系 列 的 射 频 脉 冲, 通 过 各 种 各 样 的 核 磁 共 振 操 作 把 逻 辑 门 带 到 量 子 位 那 里, 该 锁 只 用 一 步 就 被 打 开 这 一 切 用 三 旋 理 论 很 好 理 解 : 类 圈 体 同 时 能 作 三 旋, 设 体 旋 为 0 状 态, 面 旋 为 1 状 态 ; 线 旋 类 似 原 子 核 磁 场 和 外 加 磁 场, 它 既 能 作 方 向 定 位 又 能 对 体 旋 和 面 旋 方 向 进 行 操 作, 而 且 是 远 距 离 瞬 时 缠 连 的 同 时 作 用 这 如 花 样 游 泳 运 动 员 在 水 中 除 能 作 各 种 表 演 外, 还 能 听 令 于 岸 上 的 指 挥 虽 然 人 工 制 造 三 旋 很 难, 但 三 旋 却 与 物 质 的 各 个 层 次 都 有 联 系 例 如 在 分 子 层 次 可 以 把 DNA 双 螺 旋 结 构 看 成 多 重 类 圈 体, 在 原 子 层 次 可 以 把 原 子 被 看 成 单 个 类 圈 体 在 量 子 计 算 机 中, 至 少 要 用 到 两 个 原 子, 其 中 一 个 除 起 逻 辑 测 定 外, 这 个 额 外 的 位 还 能 起 内 部 量 子 误 差 自 动 校 正 纠 错 的 作 用 例 如 利 用 氯 仿 中 氢 核 和 碳 核 类 圈 体 似 的 三 旋 之 间 的 相 互 作 用, 建 造 一 个 量 子 受 控 非 门 : 用 一 个 振 荡 频 率 为 400 兆 赫 ( 即 射 频 ) 的 磁 场, 可 以 使 被 置 于 10 特 斯 拉 的 恒 定 磁 场 ( 设 箭 头 沿 垂 线 ) 内 的 一 个 氢 原 子 核 圈 发 生 体 旋 设 氢 圈 的 面 旋 轴 向 不 是 朝 上 就 是 朝 下, 即 圈 面 在 垂 直 于 恒 定 磁 场 的 水 平 方 向 ; 设 碳 圈 的 面 旋 轴 向 确 定 地 朝 上, 即 圈 面 也 在 水 平 方 向, 当 一 个 适 当 的 射 频 脉 冲 加 上 之 后, 可 以 使 碳 的 圈 面 绕 水 平 方 向 轴 体 旋 到 垂 线 方 向, 然 后 碳 圈 将 绕 着 垂 线 方 向 轴 继 续 体 旋, 其 体 旋 速 度 将 取 决 于 氯 仿 分 子 中 氢 圈 的 面 旋 轴 向 是 否 恰 巧 朝 上 而 经 百 万 分 之 一 秒 的 时 间, 碳 圈 的 面 旋 轴 向 将 不 是 朝 上 就 是 朝 下, 这 取 决 于 邻 近 的 氢 圈 的 面 旋 轴 向 是 朝 上 或 朝 下 因 为 在 那 一 瞬 间 再 发 射 一 个 射 频 脉 冲, 使 碳 的 圈 面 再 绕 水 平 方 向 轴 体 旋 90 度, 这 样, 如 果 相 邻 的 氢 圈 的 面 旋 轴 向 朝 上, 此 操 作 就 使 碳 圈 的 面 旋 轴 向 朝 下 ; 而 如 果 相 邻 的 氢 圈 的 面 旋 轴 向 朝 下, 它 就 使 碳 圈 的 面 旋 轴 向 朝 上 可 见 量 子 计 算 是 借 助 于 类 圈 体 的 三 旋 转 动 及 受 控 非 门 的 操 作, 因 为 作 为 这 种 逻 辑 门 三 旋 基 础 的 面 旋 轴 向 可 以 处 于 朝 上 和 朝 下, 以 及 体 旋 可 以 绕 水 平 和 垂 线 轴 向 转 动 这 两 种 状 态 的 迭 加 中, 因 此, 量 子 计 算 可 以 同 时 对 一 组 似 乎 互 不 相 容 的 输 入 进 行 操 作 2) 超 导 量 子 通 信 系 统 的 基 本 部 件 包 括 量 子 态 发 生 器 量 子 通 道 和 量 子 测 量 装 置 按 其 所 传 输 的 信 息 是 经 典 还 是 量 子 而 分 为 两 类 前 者 主 要 用 于 量 子 密 钥 的 传 输, 后 者 则 可 用 于 量 子 隐 形 传 态 和 量 子 纠 缠 的 分 发 量 子 力 学 是 非 定 域 的 理 论, 这 一 点 已 被 违 背 贝 尔 不 等 式 的 实 验 结 果 所 证 实, 因 此, 量 子 力 学 展 现 出 许 多 反 直 观 的 效 应 在 量 子 力 学 中 能 够 以 这 样 的 方 式 制 备 两 个 粒 子 态, 在 它 们 之 间 的 关 联 不 能 被 经 典 地 解 释, 这 样 的 态 称 为 纠 缠 态, 量 子 纠 缠 指 的 是 两 个 或 多 个 量 子 系 统 之 间 的 非 定 域 非 经 典 的 关 联 利 用 类 圈 体 三 旋 模 型 的 多 态 性 和 同 时 性 演 示, 就 能 教 育 普 及 类 似 量 子 计 算 机 的 量 子 逻 辑 例 如 有 了 能 启 发 寻 找 量 子 计 算 机 和 隐 形 传 输 芯 片 研 制 的 超 导 办 法 材 料 线 路 的 帮 助, 要 研 制 出 精 密 尖 端 的 隐 形 传 输 实 物 设 备, 也 还 是 一 个 系 统 工 程 例 如, 超 导 量 子 计 算 机 和 隐 形 传 输 互 为 依 存, 其 线 路 及 运 算 都 离 不 开 图 灵 和 小 波 分 析 3) 把 小 波 分 析 看 成 是 基 于 把 物 理 直 观 和 信 号 处 理 的 三 旋 球, 作 傅 里 叶 级 数 展 开 类 似 的 孤 子 链 分 析, 量 子 超 导 隐 形 传 输 实 现 需 要 小 波 分 析 经 验 建 立 的 反 演 公 式 即 影 像 如 被 看 作 是 二 维 信 号, 信 号 与 影 像 处 理 统 一 看 作 是 信 号 处 理, 目 的 是 准 确 的 分 析 诊 断 编 码 压 缩 和 量 化 快 速 传 递 或 存 储 精 确 地 恢 复 孤 子 链 描 述 采 用 傅 里 叶 办 法, 任 一 函 数 都 能 展 开 成 三 角 函 数 的 无 穷 级 数 但 傅 立 叶 分 析 一 般 针 对 稳 定 不 变 的 信 号, 隐 形 传 输 多 数 信 号 是 非 稳 定 的 把 孤 子 链 每 个 单 独 的 链 圈 看 成 类 似 小 波 基 概 念, 非 稳 定 信 号 处 理 应 用 特 别 适 用 的 小 波 分 析 ; 这 是 一 个 时 间 和 频 率 的 局 网 域 变 换, 因 而 能 有 效 的 从 信 号 中 提 取 资 讯, 通 过 伸 缩 和 平 移 等 运 算 功 能, 对 函 数 或 信 号 进 行 多 尺 度 细 化 分 析, 可 以 解 决 傅 里 叶 变 换 不 能 解 决 的 问 题 因 为 小 波 分 析, 用 於 边 界 的 处 理 与 滤 波 时 频 分 析 信 噪 分 离 与 提 取 弱 信 号 求 分 形 指 数 信 号 的 识 别 与 诊 断 以 及 多 尺 度 边 缘 侦 测 等, 有 比 较 成 功 的 方 法 如 小 波 包 最 好 基 方 法 小 波 网 域 纹 理 模 型 方 法 小 波 变 换 零 树 压 缩 小 波 变 换 向 量 压 缩 等, 其 压 缩 比 高, 压 缩 速 度 快, 压 缩 后 能 保 持 信 号 与 影 像 的 特 征 不 变, 32

14 在 传 递 中 可 以 抗 干 扰 4 精 密 尖 端 的 量 子 信 息 传 输 设 备, 核 心 是 超 导 体 量 子 计 算 机 一 般 来 说, 无 论 电 脑 还 是 量 脑 计 算, 大 原 则 还 是 都 遵 循 图 灵 论 点 : 即 物 理 实 在 的 某 些 部 分 相 似 于 其 它 部 分, 这 种 相 似 可 以 是 具 体 的, 如 天 象 仪 相 似 于 夜 空 ; 它 还 可 以 是 抽 象 的, 如 印 在 书 里 的 量 子 理 论 的 一 条 陈 述, 正 确 的 解 释 了 多 重 宇 宙 结 构 的 某 个 方 面 图 灵 从 这 种 自 相 似 性 描 述 的 原 理, 引 申 出 存 在 一 台 抽 象 的 通 用 计 算 机, 并 使 得 通 用 计 算 机 的 实 现 成 为 可 能 ; 它 的 其 全 部 本 领, 包 括 任 何 物 理 上 可 能 的 对 象, 所 能 完 成 的 任 何 计 算 孤 子 链 描 述 的 也 是 虚 拟 现 实, 也 是 通 用 性 物 理 现 象, 根 据 哥 德 尔 不 完 备 性 定 理, 这 种 逻 辑 上 可 能 的 环 境, 很 多 是 不 可 计 算 的 1) 把 孤 子 链 联 系 康 托 尔 哥 德 尔 和 图 灵 论 点, 孤 子 链 可 以 定 义 为 一 种 通 用 虚 拟 现 实 的 生 成 器, 为 描 绘 所 有 物 理 上 可 能 的 环 境 服 务 在 物 理 环 境 中, 测 量 必 须 在 有 限 集 中 取 值, 对 于 有 限 数 字 系 统, 不 存 在 哥 德 尔 式 的 不 可 判 定 性 所 以 孤 子 链 这 样 的 演 示 机 器 能 存 在 把 孤 子 链 与 量 子 计 算 机 结 合, 对 比 电 脑, 对 付 太 复 杂 的 计 算, 电 脑 所 需 的 时 间 和 存 储 量 在 理 论 上 是 无 法 得 到 的, 只 有 量 脑 能 完 成 孤 子 链 的 小 波 分 析 加 通 用 量 脑 对 图 灵 原 理 的 加 强, 能 够 描 绘 虚 拟 量 子 现 实 中 任 何 有 限 的 物 理 下 的 环 境, 所 需 计 算 资 源 也 不 会 随 对 象 的 规 模 和 细 节 呈 指 数 增 加, 因 此 能 完 成 其 他 任 何 量 子 计 算 机 所 能 完 成 的 任 何 计 算 也 许 有 人 会 问 : 孤 子 链 也 会 思 考 吗? 因 为 图 灵 试 验 是 一 种 用 于 判 定 机 器 是 否 具 有 智 能 的 试 验 方 法, 为 现 代 计 算 机 的 逻 辑 工 作 方 式 奠 定 了 图 灵 机 逻 辑 的 基 础 即 图 灵 机 可 以 看 成 一 个 两 端 带 有 无 穷 带 子 的 黒 箱, 带 子 由 联 成 串 的 方 格 组 成, 黒 箱 和 带 子 由 一 指 针 相 连 图 灵 机 只 有 有 穷 多 个 状 态 和 有 穷 多 条 指 令 计 算 的 每 一 步 中, 根 据 机 器 所 处 的 状 态 和 指 针 所 指 的 方 格 上 的 符 号 指 令, 可 决 定 机 器 干 什 么 事 并 转 入 什 么 状 态 开 始 计 算 时, 机 器 处 于 开 始 状 态, 然 后 一 步 步 地 根 据 指 令 进 行 计 算, 当 无 法 继 续 时 停 止 带 上 讯 息 即 为 计 算 的 结 果 这 是 一 套 控 制 规 则 它 根 据 当 前 机 器 所 处 的 状 态 以 及 当 前 读 写 头 所 指 的 格 子 上 的 符 号 来 确 定 读 写 头 下 一 步 的 动 作, 并 改 变 状 态 寄 存 器 的 值, 令 机 器 进 入 一 个 新 的 状 态 注 意 这 个 机 器 的 每 一 部 分 都 是 有 限 的, 但 它 有 一 个 潜 在 的 无 限 长 的 纸 带 图 灵 认 为 这 样 的 一 台 机 器 就 能 模 拟 人 类 所 能 进 行 的 任 何 计 算 过 程 把 孤 子 链 的 每 个 单 独 的 链 圈 和 小 波 分 析 的 小 波 基 等 概 念, 联 系 的 时 间 和 频 率 的 局 网 域 变 换, 有 效 信 号 中 的 资 讯 提 取, 它 对 函 数 或 信 号 进 行 的 多 尺 度 细 化 分 析 伸 缩 和 平 移 等 运 算, 如 果 对 应 图 灵 机 的 纸 带 带 子 联 成 串 的 方 格 符 号 指 令 转 入 状 态 控 制 规 则 读 写 头 动 作 寄 存 器 值 等 等, 也 许 是 和 图 灵 模 型 丘 奇 演 算 等 价 的, 与 作 傅 里 叶 级 数 展 开 上 的 递 归 函 数 也 有 关 联 所 以 三 旋 和 孤 子 链 变 换 为 可 计 算 函 数, 有 着 丘 奇 - 图 灵 环 境 图 的 意 义, 它 可 以 断 定 某 些 问 题 是 不 能 能 行 地 解 决 或 不 能 能 行 地 判 定 的 这 里 关 键 在 于 能 否 证 明 量 子 计 算 可 以 计 算 非 递 归 函 数 能, 则 表 明 它 超 越 了 丘 奇 - 图 灵 论 点 的 界 限 ; 不 能, 则 表 明 它 依 然 受 丘 奇 - 图 灵 论 点 的 制 约 因 此, 任 何 声 称 量 子 计 算 超 越 了 丘 奇 - 图 灵 论 点 界 限 的 人, 都 必 须 严 格 证 明 量 子 计 算 机 解 决 了 一 个 非 递 归 性 的 问 题, 否 则 这 种 声 称 就 是 无 意 义 的 或 值 得 怀 疑 的 自 丘 奇 - 图 灵 论 点 提 出 后, 人 们 不 是 已 确 证 了 许 多 不 可 计 算 的 问 题 吗? 如 一 阶 逻 辑 的 判 定 问 题 丢 番 图 方 程 的 整 数 解 问 题 群 论 上 的 字 问 题 四 维 流 形 的 同 胚 问 题 等 ; 如 果 哪 一 天 超 导 量 子 计 算 机 能 够 解 决 这 么 一 个 非 递 归 问 题, 那 么 人 们 一 定 会 接 受 量 子 计 算 动 摇 了 丘 奇 - 图 灵 论 点 的 观 点, 目 前 还 有 许 多 工 作 要 做, 但 这 是 值 得 商 榷 的 2) 因 为 这 是 一 个 悖 论 其 一, 量 子 计 算 机 现 在 还 根 本 没 有 完 善 出 来, 既 然 讨 论 明 确 是 在 理 论 层 面 上, 而 不 是 在 现 实 层 面 上, 那 么 球 量 子 派 要 求 等 到 哪 一 天 量 子 计 算 机 造 出 来 了, 并 能 够 解 决 类 似 的 一 个 非 递 归 问 题, 才 接 受 量 子 计 算 机 动 摇 了 丘 奇 - 图 灵 论 点 的 观 点, 可 目 前 还 没 有, 所 以 量 子 计 算 机 就 不 能 超 越 丘 奇 - 图 灵 论 点 的 界 限, 这 不 是 违 反 了 球 量 子 派 自 己 设 立 的 理 论 层 面 要 高 于 现 实 层 面 的 论 证 方 法 吗? 其 二, 既 然 正 式 的 量 子 计 算 机 还 没 有 造 出 来, 怎 么 就 知 道 它 不 能 够 解 决 类 似 的 一 个 非 递 归 问 题 呢? 其 三, 如 果 把 人 看 成 类 似 量 子 计 算 机 与 电 脑 完 美 的 结 合, 人 不 是 也 可 以 解 决 类 似 的 一 些 非 递 归 问 题 吗? 所 以, 球 量 子 派 的 反 驳, 也 可 以 看 成 是 一 个 量 子 计 算 机 悖 论 球 量 子 派 所 谓 量 子 计 算 机 并 没 有 超 越 丘 奇 - 图 灵 论 点 的 界 限, 只 不 过 量 子 计 算 机 有 着 电 子 计 算 机 不 可 比 拟 的 计 算 效 率 的 这 种 看 法, 仅 是 一 种 表 面 看 法 我 们 的 双 螺 旋 结 构 与 超 导 量 子 计 算 机 研 制 说 明, 判 断 是 属 于 一 种 计 算, 人 们 从 自 己 的 两 只 手 开 始, 学 计 算 做 计 算, 两 手 生 理 的 共 轭 带 来 的 手 征 性, 能 给 予 我 们 人 类 身 边 许 多 物 质 以 有 效 的 判 断 这 联 系 生 命, 可 以 说 生 命 本 质 上 就 是 一 种 自 组 织 计 算 而 超 导 量 子 计 算 机 的 出 现, 更 从 多 方 面 揭 开 了 这 个 谜 底 即 超 导 量 子 计 算 机 的 出 现 也 许 能 揭 示 人 脑 与 DNA 双 螺 旋 结 构 的 结 合, 才 是 更 为 完 善 的 电 脑 参 考 文 献 [1] [ 美 ] 曹 天 予 20 世 纪 场 论 的 概 念 发 展 上 海 科 技 教 育 出 版 社, 吴 新 忠 等 译,2008 年 12 月 ; [2] [ 英 ] 罗 杰 彭 罗 斯 通 往 实 在 之 路 湖 南 科 学 技 术 出 版 社, 王 文 浩 译,2008 年 6 月 ; 33

15 [3] 章 立 源 超 导 理 论 科 学 出 版 社,2006 年 1 月 ; [4] 苟 华 建 超 导 量 子 信 息 技 术 ( 工 程 设 计 一 ); [5] 李 政 道 粒 子 物 理 和 物 理 上 海 科 学 技 术 出 版 社, 2006 年 11 月 ; [6] 王 德 奎 三 旋 理 论 初 探 四 川 科 学 技 术 出 版 社, 2002 年 5 月 ; [7 ] 何 汉 新 核 色 动 力 学 导 论 中 国 科 学 技 术 大 学 出 版 社, 2009 年 3 月 ; [8] 庞 小 峰 非 线 性 量 子 力 学 电 子 工 业 出 版 社,2009 年 7 月 ; [9] 薛 晓 舟 量 子 真 空 物 理 导 引 科 学 出 版 社,2005 年 8 月 ; [10] 陈 蜀 乔 引 力 场 及 量 子 场 的 真 空 动 力 学 图 像 电 子 工 业 出 版 社,2010 年 7 月 ; [11] 向 涛 d 波 超 导 体 科 学 出 版 社,2007 年 5 月 ; [12] 庞 小 峰 孤 子 物 理 学 四 川 科 学 技 术 出 版 社, 2003 年 3 月 ; [13] 扬 晓 松 李 清 都 混 沌 系 统 与 混 沌 电 路 科 学 出 版 社,2007 年 8 月 ;; [14] [ 美 ] 奥 本 海 姆 等 离 散 时 间 信 号 处 理 西 安 交 通 大 学 出 版 社, 刘 树 棠 等 译,2001 年 9 月 ; [15] 王 长 清 现 代 计 算 电 磁 学 基 础 北 京 大 学 出 版 社, 2005 年 3 月 ; [16] 郁 道 银 谈 恒 英 工 程 光 学 机 械 工 业 出 版 社, 2008 年 1 月 ; [17] 李 玉 权 崔 敏 光 波 导 理 论 与 技 术 人 民 邮 电 出 版 社, 2002 年 12 月 ; [18] [ 美 ]W.Stallings 密 码 编 码 学 与 网 络 安 全 电 子 工 业 出 版 社, 月 孟 庆 树 等 译,2008 年 8 月 ; [19] 南 和 礼 超 导 磁 体 设 计 基 础 国 防 工 业 出 版 社, 2002 年 12 月 ; [20] 范 洪 义 量 子 力 学 纠 缠 态 表 象 及 应 用 上 海 交 通 大 学 出 版 社,2004 年 7 月 11/1/

第 9 卷 江 南 大 学 学 报 人 文 社 会 科 学 版 Z 第 2 期 掌握 是指在 表 层 知 识 教 学 过 程 中 学 生 对 表 层 知 识 的 掌 想 方法有所悟 有所体会 5 数学思想 方法教学是循环往 握 学生掌握 了 一 定 量 的 数 学 表 层 知 识 是 学 生 能 够

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