1. 量子隐形传输是巫术
量子隐形传输或称量子隐形传态,依托鬼魅隔空作用,简言之,是巫术,是骗局。说得客气一点,是故弄玄虚,即决意要把神奇弄给人们看。它与隔山打牛的实质并无二致。英文quantum teleportation应该译为量子隔空(tele)传输(-portation),用“隐形”、“传态”、“依据非经典关联”、“非超光速传输”字眼都掩饰不了它的十足巫术性。隔空传输这个词是美国作家查尔斯·福特在他1931年出版的书《瞧!》中杜撰来形容异常事物的奇怪失踪和再现,准备被指责为成套谎言、奇谈、戏弄和迷信,对此他表示“一定程度的同意,一定程度的不同意”。虔诚相信隔空传输的人毕竟不多,我们的智商不可能倒退一万年,孔子早已曰:“务民之义,敬鬼神而远之,可谓知矣。”“子不语怪力乱神。”从物理上看,光子、原子怎么可能神出鬼没呐,量子隔空传输绝无可能性。有些人基本不懂量子力学,却会一环扣一环地用它唬人,编造一个又一个量子隔空传输实验,像煞有介事。这种传输,据称是1997年奥地利泽林格的团队首先实现的,其中还有国人潘建伟的份。不过,美国加州理工学院金布尔认为泽林格他们的隔空传输是假的,说:“1998年,我的团队演示了光束的隔空传输。我要说,那是第一个真正的演示。”还有,意大利博斯奇团队称他们最早实验实现量子隔空传输。三个团队彼此不服打嘴架,争抢成果的优先权。其实倒不如说,他们搞的都是假的。有人说,量子隔空传输是国际权威人士认可的,怎么能随便说是骗局呢。如此天壤之别的贬褒告示,这玩艺儿颇有玄机,它具有极大的神秘性、猎奇性、娱乐性,并号称有梦寐以求的应用前景,这正是媒体(包括顶级报刊)抓眼球所需要的,因此热闹非凡,真假难辩。量子隔空传输的演示者用同样的套路已经搞了17年了,实事一无所成,质疑声越来越大,除走火入魔还在做美梦的以外,他们也许已有点儿觉得骑虎难下,说不定还被托尔斯泰所言中:“有些人把个人的结论,津津乐道向同僚讲解,趾高气扬对他人教导,金丝花线绣自个儿生世锦袍,哪怕有最简单最明显的真理要迫使他们承认那些结论为伪,我知道多数人,包括能够轻易对付最最复杂问题的,皆难得接受那个真理。”照例,科学探讨即使百分之百的错也要包容和宽容,包括1964年发表的贝尔不等式理论和1993年发表的量子隔空传输理论,但1997年演示的量子隔空传输“连错误都不是”。对量子隔空传输这种一棍子打死的批评,他们可能不敢出来辩论,怕越辩越黑,欲盖弥彰,还是继续让你批你的,我干我的,能在顶级期刊上发表,还怕什么。在当前形势下,你反对量子隔空传输的稿件投《自然》或《物理评论快报》试试,准遭“枪毙”,企图否定量子隔空传输项目的资助申请也肯定没戏。有人说:“发表潘的PRL,NATURE PHYSICS 的编委全瞎眼了,反倒不如北大物理学院的一个小小的王XX?”这个视顶级杂志为真理化身的意见,很有代表性,也许给出了“钱学森之问”的一个很好答案。潘建伟已成为《物理评论快报》量子信息区编辑之一,可想而知当前要反量子隔空传输巫术的阻力有多大。当然你也可以反过来说,反量子隔空传输,蚍蜉撼大树,可笑不自量。毕竟真相只有一个,看掌握在谁手里。
2. 智者拒绝科学与巫术联姻
科学家大多不相信哲学能指导科学的发展,不过也得承认,哲学的批判精神可以吸取,哲学也有可能提供某种倾向性认识,如爱因斯坦的定域实在论。爱因斯坦发现量子力学意味着有心灵感应那样的(telepathically)作用或鬼魅隔空作用(spooky action at a distance),但他绝对不相信自然界会有那样的事,认为量子力学对物理实在的描述不完备,即不把这种神秘性归于自然界,而归于理论本身的缺陷。这应该看作是一种至高的科学精神。1946年爱因斯坦在“自述”中写道:“要么假定对S1的测量会(心灵感应般地)改变S2的实在状况;要么根本否认空间上相互分离的事物能有独立的实在状况。在我看来,二者都是完全不能接受的。”1947年他在给玻恩的信中说“我当然承认,统计处理相当有效,你是首位清楚认识到必需对现有形式体系做这样的处理。但我不能认真地相信这个理论,因为它不能与这个想法协调:物理学应该表示时间和空间中的实在,不会有鬼魅隔空作用。”因此说爱因斯坦发现了自然界有非定域性和鬼魅隔空作用,不是糊涂,就是别有用心。另一位量子力学奠基人玻尔认为,对一对粒子中的一个粒子做某个物理量测量后能预言另一个粒子的物理量,而换一个物理量测量时要改变实验条件,这时对另一个粒子的实在情况与预言已经改变,所以不可避免存在实验条件改变所引起的影响。他反驳爱因斯坦是为了捍卫他的互补原理和量子力学描述的完备性观点,并不承认有隔空作用。在他的反驳文章中的脚注中讲到:一对粒子的两对共轭变量各自满足通常的对易规律。这就是说,它们各自满足海森伯不确定关系式,并不存在非定域性。郭光灿院士说:“真实世界是遵从爱因斯坦的局域实在论,还是玻尔的非局域性理论。”玻尔何时有过非局域性理论。还有,虽然玻姆认为他提出的量子势有非定域作用,但并不认为能用来传递信息。玻姆和海利在1993年出版的书《不可分割的宇宙:量子理论的本体论诠释》中写道:“无法通过量子非定域性对遥远地方发生的什么施加瞬时控制,也无法传输信号到达那样的地方。”诺奖得主盖尔曼在1994年出版的书《夸克与美洲豹》中说:“在新闻媒体和各种书籍中传播着的主要歪曲在于暗指甚至明言,测量一个光子的偏振(圆偏振的或平面偏振的)会莫名其妙地影响另一个光子。实际上,这种测量并不会产生任何从一个光子传到另一个光子的物理影响。”愚昧才信巫术,智者不会相信隔空传输,拒绝科学与巫术联姻,不与神汉巫婆为伍。捍卫隔空传输者有一个说法,现在看来做不到的事情,将来也许可能实现。真的,这类事情太多了,古时候谁敢想上月球,谁相信一颗炸弹能毁掉一个大城市,甚至更大区域。但是,什么是可能的,什么不可能,正是科学家要研究的事,不能妄想,例如不能妄想造出能量取之不尽、用之不竭的永动机,不能妄想量子隔空传输巫术能带来一场新的技术革命。我们渴望科幻成为现实,但比科幻还奇怪的事得小心是骗局。
3. 量子巫毒(q-voodoo)——史上最丑的物理实验
史上最美的物理实验2003年评出,首列的是单电子的干涉实验。那么史上最丑的物理实验是哪些?没有被评过,也许因为太无聊。显然,隔空传输要么可能,要么不可能,不存在可能性大小问题,所以隔空传输如果真的实现则是破天荒,理应获诺奖。但以我之见,史上最丑的物理实验非泽林格研究组的首次“量子隔空传输实验”莫属,除非根本不把它当作物理实验。不是别人故意要把它渲染成巫术或污蔑成巫术,它本来就是巫术味十足。爱因斯坦把隔空作用比作传心术,薛定谔称隔空影响是巫术,量子力学的其他奠基人或创立者普朗克、玻尔、德布罗意、海森伯、玻恩、狄拉克、约旦都没有说过或暗示过有隔空作用和隔空传输的可能性,连隔空传输理论的第一作者贝内特都把它比作voodoo(巫毒教通灵术)。某在线通讯员称潘建伟是研究“筋斗云”的院士,“孙悟空一个筋斗便翻出十万八千里,寄托了人类远程传输自身的梦想。”最要命的还是,没有真实可信的量子隔空传输实现的事实。诺奖得主温伯格在多年教学的基础上,出版了一本新书《量子力学讲义》(2013年第一版),书中飘扬爱因斯坦的定域实在论旗帜,有望改变学生受非定域性谎言和隔空传输骗局影响的局面。他敢这么做,肯定是因为无量子隔空传输的真实事实,也不相信可能会有这样的事实。他写道:“量子力学中纠缠的存在自然产生一个问题,在纠缠体系的一个部分上的测量是否可用于将消息发送到另一部分上,而不受有限光速设定的限制。不,不能被利用。”他对非定域性好像嗤之以鼻。泽林格因领头那个“破天荒”壮举,2011年被汤森路透集团预测可能获诺贝尔奖,不幸未果。对这个壮举,国内宣传为:“潘建伟和同事在国际上首次实验实现了量子态隐形传输,这个实验被公认为量子信息实验领域的开山之作,《科学》杂志将其列为年度全球十大科技进展。1999年,该工作同伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等重大研究成果一起,被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”。潘建伟声称:“为了尽快掌握实验方面的知识和要领,我几乎整天都泡在实验室里,在科大训练出的较扎实的理论功底对于我迅速理解和掌握实验技术是至关重要的。几个月后,我和实验室的同事就完成了一个重要的实验,即在国际上首次实现光子的量子隐形传态。”对这个巫术性实验,我们中国人大可不必去抢头功。潘获得量子隔空传输帮派的“国际量子通信奖”,被大肆宣传,即便获诺奖,也改变不了其巫术本性,只会臭名更加昭著。
有一阵子,潘建伟被认为是我国离诺贝尔科学奖最近的人,可笑的是,我国此奖的零突破看好量子隔空传输。杨振宁先生的话间接说明这没戏,他对薛其坤团队实现的反常量子霍尔效应称赞说:“这是第一次从中国实验室里做出来的诺贝尔奖级的物理学论文。”物理学家梅晓春说得好:“‘量子态隐形传输’具有很大的欺骗性,内在问题埋藏得很深,以至于多年来欺骗了许多人,需要予以彻底揭穿。”“量子态隐形传输:不需要接触相互作用,可以跨越任意距离,在瞬间完成的传输过程,违背物理学的最基本原则。然而正是这种被认为与传心术类似的东西,经过十来年的鼓吹和新闻炒作,居然登上科学大堂,正在变成主流显学。”“对潘建伟院士等要用“量子隐形态传输”做全球通讯网络,美国田纳西州大学物理系教授王令隽先生曾无不讽刺地说:“河神要取媳妇,就先请河神现身让人看看!”我想问问,这些年来“量子态隐形传输”究竟传输过什么?比如“您好”这样简单的两个字,能够量子“隐形传输”吗?如果不能,怎么敢说这个东西已经可以产业化了?”青年学者吴胜平看出问题之严重:“给潘院士算个命,十年后,必还是玩那几个玻璃片,看你如何对一年几个亿的投资有个交待。”“到时候就怕追究法律责任,判个诈骗。”欧洲量子信息第二大团队领军人吉辛称潘建伟在青海湖的隔空传输是一桩隐性诈骗(one potential cheat),这是最密切同行的切实评议。触目惊心的是,量子隔空传输谎言已占居国际顶级期刊、网络媒体、科普书籍,甚至进入教科书和百科全书,乃至进犯哲学和宗教,这使得年轻一代在谎言中成长,大小官员被忽悠,反对者的话语权受压制,打假者反被打压。因此,他们有持无恐,还在精心编造一个又一个的圆谎实验及做反科学的诡辩,气势高昂。这个隔空传输巫术是完全基于谎言:“当测量一个粒子时,另一个与之关联的粒子会瞬时改变状态,无论它们相距多么遥远。”一旦这个谎言被彻底揭穿,量子隔空传输的真相彻底毕露,那个破天荒的“量子隔空传输实验”也许会冠以最丑物理实验钉在耻辱柱上,潘建伟搞的那个“量子科学实验卫星战略性科技先导专项工程”也必将成为天大笑话。
4. 揭露量子隔空传输真相
言归正传,量子隔空传输理论是贝内特、布拉萨德、克雷波、约萨、佩雷斯和沃特斯6人所建立,以计算机科学方面的专家为主,理论中的数学完美无瑕,无懈可击,已写入一些教科书。这种传输是指隔空传物,即使得某物在一处消失,使其立即在另一处出现,神出鬼没,比土行孙还厉害。这理论指传输的不仅仅是量子态,泽林格特别强调,传输的是“原物(original )”。他说:“也许一千年后真的能够远距离传送一只咖啡杯。”他认为,一个人无非是一堆碳原子、氢原子等加信息,如果把信息提取出来,隔空传输到远方的一堆同样的原子上,这个人就可以被复制出来。潘建伟说:“为什么我们不可以大胆一些,不可以想象:由各种各样分子组成的人,也可以在瞬间,带着他所有的记忆,带着他的品质,带着他的痛苦和欢乐,甚至包括感冒,传输到遥远的地方?”按照他们的期望,《福布斯》杂志上有一段颇为认真的预言:“想象走到街区尽头的隔空传物站,拆毁身体,接着就在上班处出现。汽车不会有了,汽车修理工不需要了,加油站服务员不需要了,基于隔空传物器的全新经济可能发展起来。”
这个隔空传输理论是根据所谓的一对纠缠粒子的非定域关联,即认为一方能对无论相距多么遥远的另一方进行即时隔空操纵。贝内特他们在文章中称利用非经典关联,不说非定域关联,好像比较公允,显得其不那么巫术性。原来薛定谔方程本身不接受确定的完备初始条件,例如不能同时接受粒子坐标和动量的确定值,所以这方程也就不能预言确定结果,结果必具有概率性。但从逻辑上看,这并不意味着粒子不可能同时具有坐标和动量的确定值,倒可能意味着理论本身虽没有错,但不完善。概率性意味着一定程度的不确定性,遥远双方的概率性关联与非定域关联是截然不同的两码事。比方说,有一对孪生兄妹,一个在北京,一个在上海,但预先不确定兄在北京还是在上海,一旦看到兄在北京,则在上海的肯定是妹,这是由共同历史决定的,并不是非定域关联。也就说,假如对兄做变性手术,妹不会即时变成男孩子。这是一个简单的逻辑问题,无关于微观事件还是宏观事件。想通过量子隔空传输巫术表演来证明非定域关联是痴心妄想。把非定域性真当回事,还拿来应用,甚至搞巨大工程,是极其愚蠢之举。
按贝内特等人的理论,量子传输是这样进行的,比如说,如果在八达岭的查尔斯(C)要传输一个光子(编号1)给怀来的鲍勃(B),按该理论,只要利用一对纠缠光子,其中一个光子(编号2)发往在八达岭本地的爱丽丝(A)接收站,另一个光子(编号3)发送到怀来的鲍勃接收站,爱丽丝只要进行一种特定的操作,在使光子1消失的同时,获得四个信息(11, 00, 10, 01)之一,例如碰巧获得信息00,则这光子已理想地出现在鲍勃面前,不过鲍勃还未发觉,更不知道是否正好是被发送的光子,尚需等待爱丽丝的电话通知和核实。如果不是00,则需要按电话告诉的信息(11, 10或01),把接收到的光子按特定方法改造成那个原样光子。因此,这种传输是瞬时的、不论距离远近,并且无可阻拦,只是两比特的经典信息传输受光速的限制。
这里不便写出一堆数学公式,让笔者杜撰一个故事把隔空传输理论形象化。北京要派孙悟空立刻去深圳任那里的动物园园长,巧遇特大台风和洪水,一切交通中断。幸好两地都有隔空传物专家以及有双胞胎猴子可以帮助解决问题,这对猴子,一只在北京,另一只在深圳,都持有同胞的全息像,好比是互相纠缠的。现在北京的隔空传物专家按程序首先要做的是,把老孙-猴子联合体按特定方式拆分,用数学语言,即把描述老孙的态矢量与这对猴子的纠缠态张量的“张量乘积”投影到描述四只八卦炉的各个态张量上。四只炉子是四对双胞胎猴子的化身,代表老孙与猴子的四种不同基本纠缠方式,专干对老孙进行脱胎换骨的勾当。贝内特等人的理论表明,在00号炉上的投影正好是同胞的全息像,而在11号上的变了,右侧各器官都扭转了180度,在01号上左右反了,而在10号上的,不仅左右反了,右侧各器官还都扭转了180度。这时深圳的猴子当园长要等老孙在北京被销毁,因为拷贝是“被禁止的”。按理论,它进哪一只炉子是随机的,几率各占四分之一。这回老孙如果随机闯进的是00号炉,专家笃信它包含的全部信息刚好原样转移到深圳那只猴子身上。一当用手机告知是00号,深圳猴子就被“核实”是地道的孙悟空了。如果不是00号,也很简单,只要按告知的炉号,用相应的“线性变换”做一下手术修复就行。听起来像煞有介事,然而悟空窃喜,专家们混淆虚实,颠倒远近,把俺老孙的信息就地替换深圳猴子全息像中的信息,当作信息在量子信道上隔空传送了。这个听起来像痴人在说梦,没错。
上面提到,拷贝是“被禁止的”,即隔空传输要遵守“未知量子态不可克隆定理”,这里的“未知”即“任意”,称一对正交极化态是可以克隆的,任意态是不可克隆的。好像说,马是不可克隆的,白马是可以克隆的,回到了白马非马的老问题。我们知道,制备和测量过程不遵守量子态叠加原理,克隆是一种制备过程,从叠加原理不该推导出量子态不可克隆定理。自发辐射的影响则是另外的问题,它随光波长的四次方减小。正像非定域关联概念与量子纠缠挂钩导致主流相信非定域性,这个不可克隆与叠加原理挂钩导致几乎没有人怀疑这个定理,已经写入教科书。这个定理根本就是错误的,因为作为普适规律的定理不会管你“未知”还是“已知”,“任意”还是“特殊”。显然,不可克隆就不会有激光器和克隆羊,事实清楚,任何诡辩都是徒劳。这个定理的另一大祸害是已成为量子加密绝对安全的噱头。退一步说,不管这定理的对错,反正这定理的创建人之一祖瑞克后来也已经说了的:“完善的克隆是不可能的,但是,如近年的研究证明,我们每时每刻能够做近似克隆,或者,有些时候能够做完善的克隆。”也就是说,至少无严格意义。潘建伟喜欢用隔空传输一个保险箱钥匙做比喻,既然不必太顾虑这个定理,现在可以这样传输:先去请师傅拷贝五六个或更多钥匙,把它们一个一个传过去,鲍勃可以一个一个去试,总有一个能打开那个保险箱,而无需告知那个经典信息(00, 11, 01 或 11)。或者预先同对方约定,几个中最后一个即是,即发送者发到获得00信息为止。这两种传输方式都不受光速的限制,不过鲍勃望穿秋水,杳无音信。当然这些都是揶揄,无需去认真琢磨。
隔空传输理论中的数学公式并不复杂,但其物理推论很玄妙。不过认真研究还是比较容易有结论的,可以发现它作为物理理论错在虚实混淆、远近颠倒。先说虚实,我们知道,如果光脉冲弱到平均每个脉冲只含一个光子,那么,有的脉冲可能包含两个或多个光子,有的脉冲是空的(虚的)。同样,含一个光子的脉冲经过一个半透半反镜时,就分成两个脉冲,其中必有一个是空的(虚的)。因空的脉冲有干涉效应,空不等于无,所以我们只能称它是准空的。量子态叠加原理并没有告诉我们,也无任何实验事实表明,一个携带能量的粒子可以同时出现在两个地方,决不可能会有如潘建伟所比喻的事:“通俗说,就是理论上通过量子技术,一个人可以同时出现在合肥和北京。”物理学家怎么可以如此胡言乱语。比较正确地说,叠加原理与测量结果的关系告诉我们,比如,当发现他在合肥,那他一定不在北京(看似废话),不过不可否认,他好像还有部分无足轻重的东西(假定它是初级波包的不含峰片)留在那里,否则就不会有叠加原理和干涉现象,如果他是一个原子大小的微观小人的话。我们可以想象,一对纠缠光子在产生的过程中,它们的准空态的交换引起纠缠。在氦原子中有类似的情况,其中一对纠缠电子的准空态交换引起的附加交换能可以很精确计算和精确测定的,二者一致。从隔空传输理论的数学公式可以看出,在爱丽丝的一边,光子1的实态取代了与光子2融合着的原属于光子3的准空态,贝内特等以为在鲍勃边,光子3被光子1取代了,即认为它已被隔空传到了对方。这里既犯了空实混淆,又犯了远近颠倒。这种错误来源于对量子纠缠真相的无知。量子纠缠公式的含义好比:东乡的书记张三兼任西乡的乡长,西乡的书记李四兼任东乡的乡长。真的,东乡书记一感冒,西乡的乡长就咳嗽,即使两乡相距一亿光年。七百年前管道升写的情态纠缠,也可以拿来隐喻量子纠缠:《我侬词》你侬我侬,忒煞情多,情多处,热如火。把一块泥,捻一个你,塑一个我。将咱两个,一齐打破,用水调和。再捻一个你,再塑一个我。我泥中有你,你泥中有我。与你生同一个衾,死同一个槨。以上的分析说明量子体系的纠缠波函数与本体论和定域性相容,决不能把纠缠性质看作与非定域性等价。可见,潘建伟同许多糊涂人士一样,对量子干涉的认识错在:轻重不分、路径混淆,对量子纠缠的认识错在:虚实混淆、远近颠倒,反映对量子态叠加原理和海森伯不确定性原理的错误理解。与一般物理学家不同的是,潘建伟像他的博导泽林格一样,肆无忌惮地错误使用量子力学原理,编造一个又一个的虚假成果,还沾沾自喜,得意忘形。
潘建伟研究组的论文“五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输”,曾被欧洲物理学会和美国物理联合会选入国际物理2004年度重大事件(top physics stories in 2004 ),其中涉及多光子纠缠态的制备。用半透半反镜和符合计数器在隔空传输中做贝尔态测量和制备多光子纠缠态都是依据波函数坍缩假设,这个假设是1929年海森伯提出的,尔后1960年他明确表示:“导致态坍缩的记录作用不是物理过程,宁可说是数学过程。随着我们的知识的突然改变,我们知识的数学表示当然也经历突然的改变。”显然,非物理过程决不可能导致物理过程多光子纠缠的实现。由于波函数坍缩假设臭名昭著,用莫名其妙的“后选择”(一种事后做手脚的策略)引起光子纠缠的说法似乎更好进行忽悠。同理,潘建伟等在1998年用同样方法实现的纠缠交换也是虚假的。总之,所谓的三光子、四光子、五光子、六光子和八光子纠缠态都是假的,潘建伟等在《现代物理评论》发表的综述多光子纠缠的文章内容全盘错误,切勿被该文误导。可见那个五光子的隔空传输具有双重虚假。另外,据称2008年他的组“利用冷原子量子存储技术在国际上首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换,完美地实现了长程量子通信中亟需的“量子中继器”,那也不可能是真的。最近,潘建伟团队在《物理评论快报》上发表的文章“通过时间分辨测量和主动前馈纠缠不同颜色的光子”又是错误之作,因为采用的手段也是子虚乌有的纠缠交换。