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如何实现量子通信

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本文将对量子纠缠原理,超距性原理,瞬时性原理,穿透性原理等展开讨论,最后再探讨如何利用这些原理实现量子通信。本方案和现在权威人士的思路不一样,欢迎讨论!
一.量子纠缠原理:
1.我的假设
《1》假设依据:
a.宏观,就太阳系来说,中间是太阳,周围是绕其转动的行星卫星等。
b.微观,就原子来说,中间是原子核,周围是绕其转动的电子等。
c.微观粒子具有波粒二象形,因为每一种特性都对应着一种物质或能量,由此也可认为量子是由波和粒子组成的。
《2》.假设:
a微观粒子的构造,中间是母粒子,周围是绕其转动的子粒子。
C,母粒子呈现粒子性,子粒子呈现波动性。
《3》.凡是具有波粒两象性的粒子,都由母粒子和子粒子构成,光子具有波粒两象性,也是由母粒子和子粒子构成。今天我们认为光子,夸克等是最小粒子,将来一定还会发现更小的粒子。
2.量子纠缠的原理:
《1》.量子纠缠发生在微观世界,因为微观粒子具有波粒二象性。这样分析下来,量子纠缠的原因,就是由于量子的波动性引起的。
《2》.物质共价键分子,是由两个原子把它们的外围
电子贡献出来,绕着两个原子核转动组成的。量子纠缠也与其相似,当两个量子纠缠以后,它们的子粒子围绕着两个母粒子转动。
《3》.但是电子与波的性质是不一样的。两电子相遇互相排斥,不能靠近。两波相遇,可以叠加。
量子波叠加为公共波,你中有我我中有你,分不出被此,大家一变皆变,成了统一体。
量子波的叠加,成了联系两个量子的纽带,无形的光缆,量子就是由这种光缆组成信息通道的。
《4》.共价键分子,周围的电子受着原子核正电子的吸引,结合比较紧密,不易分开。而波的本身不受任何外力吸引,因此两个纠缠的量子可以分开,分发两地。
《5》.中性π介子衰变成正负电子,这仅仅是把母粒子分开了,子粒子还共用,波还叠加着。光子被激光分解成两个光子以后,也是因为仅仅把母粒子分开了,子粒子还共用,波还叠加着。因此它们都纠缠着,具有纠缠的特性。
二,量子超距作用原理
两个量子波的叠加,分成两种情况:
1.一般叠加,两波频率或大或小,幅度或大或小,都是随机的,这种纠缠的有效距离不大。其原因:
a..这种叠加形成新的波,有一定的幅度,在漫长的距离中,子粒子振动,会有一定的能量消耗。
b.在漫长的距离里,子粒子运动难免遇上障碍物,使其反射或散射,纠缠距离变短。
c.再者子粒子在漫长的距离里运动,在其侧面,也有可能受到其它粒子的冲击,使其偏离信道,破坏纠缠。
那么如何才能消除这些影响,实现超距作用呢?
2.深度叠加:只有当两个粒子频率相同,振幅相等,相位差为180 度时,且在一个平面上的波,叠加后幅度为零,因此就能形成稳固的纠缠。
a.因波的本身可以无限扩张,因此两个量子之间的距离可以无限拉长。
b.因为两个量子的波叠加后幅度为零,则两个量子之间为零线连接。
c.零线者,是没有线的意思,因此它就没有长短问题。任凭天涯海角 甚至银河系之外都可连接。
d.两个纠缠的量子,它们的波叠加后幅度为零,纠缠的功率为零,没能量损失。所以可以任意拉长。
c.因为是零线连接,通信线路在形式上并不存在,它不和外界发生任何关系。所以抗干扰性强。
d.因为它不像无线电波,弥漫在空间。且为零线连接,敌人发现不了它,保密性特强。
e.这条线虽然不存在,但是它和一般意义上不存在的线又不一样,它是由两个波叠加为零的。因此它的连接强度,是非常大的,无法破坏。如果有人想从中间截断,也就是破坏了叠加。两个量子的波,就会立即出现,重新叠加,恢复为零。这正如我国古诗一句话所说:用剑斩水,水更流。
这就是纠缠量子,能够超距联系的原理。
三.瞬时性原理
1.纠缠的量子之间,信息传递的速度很快。任凭天涯海角,立即传到,这是令人们最不可思议的特性。爱因斯坦称它为鬼魅般的超距作用。
2.现在大家理解不了的主要原因,是按着绝对时空观念考虑问题,认为通信两地间距离是不变的。如果改变概念,按着狭义相对论,时空可变的观念去考虑,这个问题就很容易理解了。
a狭义相对论认为,长度测量具有相対性。设一个棒静止在s系中,且沿X轴方向放置,设其长度为 L。称为静止长度。另一个惯性系沿棒的长度方向运动,测量出棒的长度称为运动长度,设其长度为 L 。经过推导,得出如下公式
:
c为光速 u 为两惯性系相对运动速度
L。静止长度 L 运动长度(测量长度)
b.由量子论可知,当量子状态改变时,量子就吸收一个,或放出一个能量子,能量子的速度等于光速。
此处还要弄请一个问题,如果是光子之间纠缠,怎么还能放出个能量子呢?请注意,我在假设里已经说过,凡是具有波粒两象性的粒子,都是由母粒子和子粒子构成。今天我们认为光子,夸克等最小,明天一定还会发现更小的颗粒。
d.能量子怎么能瞬时把信息传递过去呢?
根据长度收缩公式,可以设一个静态坐标系,令X轴通过通信两点,原点为通信的始发点,通信两点之间的距离,设为静止距离L。。这就是我们在前边讨论的超距的信息通道。
再在能量子上设一个动态坐标系,使其与X轴重合,原点重合。它相对静止坐标系的运动速度为u=c,它传递信号所经过的路程为L 即运动长度。
《d》将以上数据,代进长度收缩公式里,得到它传递信号的路程L=0,即通信的距离为零了,所以t=0。
上边证明,说明了量子通信的两点,在动态坐标系里,是同地同时的。那么在其它坐标系里又怎么样呢?
《e》狭义相对论认为:同地同时发生的两件事情,它的同时性是绝对的。
这里所说的两件事情,是指发送信息和接收信息。同时性是绝对的,是指在任何坐标系这两件事都是同时的。
根据这点,就可知道,在人们观察的坐标系里发送信息和接收信息也是同时同地的。即能量子原地不动的传递了信息。
这就是量子通信瞬时性原理。
四.穿透性原理:
有人发现量子通信穿透力特别强,无论铜墙铁壁甚至喜马拉雅山都挡不住,并将此称为量子隧道。这些认识,从
表面看是有道理的。但其实不对。因为他不符合实际情况。
由能量子传递信息时,通信的始发地和接受地已经趋近为一点了。因此能量子就不需要穿过铜墙铁壁和喜马拉雅山了,用不着长途跋涉传递信息,原地不动的就能把信息瞬间传到,所以根本就没有量子隧道那回事情。
五.如何实现量子通信:
如何实现量子通信,这里有两个关键问题,一个量子超距信息通道的建立,这在前边已经论述过了。在一个就是如何利用量子纠缠原理,发送信息,和接收信息。这也有有两个方案:
1.一个是纯量子型。计算机,手机,信道等都是由量子构成的。再一个就是混合型的。由电子计算机,或电子手机,加上量子信道等组成。
此处讨论混合型的。
2.假如我们选用π介子衰变成正负电子纠缠进行通信,将正负电子分开,一个放在发送端,一个放在接收端。
因为要保持动量为零,一个左旋另一个必然右旋,因此可以设左旋右旋为0或1编码,然后控制发送端电子,左旋或右旋发送信息。
1.发送端的关键技术,是能不能控制正负电子左旋右旋?答案是能。方法有二:
a.法国实验室科学家,利用磁场脉冲可以在一百亿分之一秒的时间,改变电子旋转方向。此项技术我们可能还没掌握,但是努力下去,就一定能掌握。
b.将发送端的电子放在盒子里,旋转盒子使电子旋转轴旋转180度,电子自旋方向自然就改变了。这样就把信息发送出去了。
2. 接收端:
a.因为纠缠的量子,不能测量也不能观察,因此接收端电子是左旋或右旋无法知道。
b.当对接收端进行测量或观察时,对于所得结果,也无法判断是发送端发来的信息,还是测量使波函数坍塌的结果。因此无法获得发送端信息。
c.当进行观察或测量时,量子纠缠立即解除。不但没有获取信息,连信道都没有了。这样看来利用量子左旋右旋编码,实现通信是不可能的了。
那还有其它办法有没有?有,还有三种方案:
《1》今设ABC,三个粒子,A与B,B与C分别纠缠,A,C不纠缠。当测试A时,A,B解除纠缠。B,C仍纠缠,且B,C状态变的已知,这时就可控制电子左旋或右旋编码的方式进行通信。
《2》有些量子纠缠不一定测量一次,就解除纠缠关系。可以把量子态看成空间一个矢量,操纵它和其它方向的夹角变动传递信息。
《3》当电子改变自旋方向时,电场改变,磁场改变,形成电磁波,我们就设法接收这个电磁波。如果这个方案能实现,纠缠量子就可反复使用,建立起的量子信道就可反复使用。
但是放大一个电子形成的电磁场的信号,放大器灵敏度肯定不够。那到底怎么办?
设计量子放大器。
据网上介绍,我国已经研究出一个量子可以和25个量子纠缠。这第一级就放大25倍。设计第二级第三级等,总是可满足要求的。
这样就可实现量子通信了。
量子通信有很多优点,例如:超距性,瞬时性,穿透性,抗干扰性,保密性等。特别是在宇宙通信中无可取代,我们应该大力开发!
辛振国 2024年 4月 6号


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