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袁嵐峰:大貝爾實驗,科學(xué)需要你!
關(guān)鍵字: 量子通信線路開通量子衛(wèi)星墨子號愛因斯坦波爾貝爾大實驗游戲國際物理學(xué)研究前沿量子力學(xué)研究2015年之前,各種貝爾實驗或者有局域性漏洞,或者有探測漏洞,從來沒有一個實驗是兩者都堵上的。因此絕大多數(shù)科學(xué)家雖然都承認量子力學(xué)的正確性,但總還是有些缺憾。2015年終于出現(xiàn)了突破,荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Bas Hensen、Ronald Hanson等人進行了既沒有局域性漏洞也沒有探測漏洞的貝爾實驗。結(jié)果怎么樣?當(dāng)然是量子力學(xué)正確啦!這項成果被稱為無漏洞的貝爾實驗,入選了2015年度國際物理學(xué)十大突破。順提一句,2015年度國際物理學(xué)十大突破之首是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等人的“多自由度量子隱形傳態(tài)”,這也是量子力學(xué)結(jié)出的碩果。
“物理世界”網(wǎng)站對多自由度量子隱形傳態(tài)的報道
然而,愛較真(換句話說就是“善于自虐”)的科學(xué)家們?nèi)匀徊粷M足,他們假想還存在不相信量子力學(xué)的死硬派(其實絕大多數(shù)科學(xué)家早在第一個貝爾實驗之前就接受量子力學(xué)了),那么這些死硬派會從什么角度挑刺呢?Bingo!他們找到一個角度,就是“自由意志漏洞”。這個漏洞的意思是:貝爾實驗中要用多個隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生許多隨機數(shù),但憑什么相信隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的是真隨機數(shù)呢?
你要問了,憑什么不相信?吶,這個問題說起來可就大了。死硬派的回答是令普通人崩潰的:這些隨機數(shù)發(fā)生器現(xiàn)在看似各自獨立,但可以在過去由一個共同的來源決定。比如說有一個遙遠的星系A(chǔ),它發(fā)出的光子既確定了隨機數(shù)發(fā)生器B的輸出,也確定了隨機數(shù)發(fā)生器C的輸出。你以為你在使用兩串獨立的隨機數(shù),但實際上它們是關(guān)聯(lián)的,所以實驗結(jié)果也是有偏差的。你能絕對排除這種可能性嗎?當(dāng)然不能。
照這么說,任何用到隨機數(shù)的實驗都可以抵賴了?別忙,提出這個吹毛求疵的漏洞的人,在另外一種情況下會承認你在用真隨機數(shù):就是用人作隨機數(shù)發(fā)生器。為什么呢?因為人有自由意志呀!你認為所有無生命的隨機數(shù)發(fā)生器都可能是預(yù)先注定的,那好,我現(xiàn)在要提出一個數(shù),是0還是1,你同意不是注定的吧?
當(dāng)然,有些人會認為,人跟機器一樣,所有的行為都是預(yù)先注定的。對于這種“超級決定論”,我們確實是毫無辦法,永遠不可能證偽它。但是,這種觀點過于極端,真心相信它的人很少。而且一旦采取這種立場,就不可能進行科學(xué)討論了,因為無論發(fā)生什么都可以認為是預(yù)先注定的,那就既不可能證實,也不可能證偽,只是單純的哲學(xué)思辨。因此,如果“死不改悔的走資派”還愿意進行科學(xué)探討,還保留自己認錯的可能性,那么他們就應(yīng)該提出一種他們認可的真隨機數(shù)發(fā)生器——這就是為什么大貝爾實驗需要你!
貝爾實驗需要大量的隨機數(shù),因此需要發(fā)動成千上萬的志愿者參與,越多越好。有一種基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)攻擊方式叫做“分布式拒絕服務(wù)(DDoS)攻擊”,是用許多機器不斷地訪問攻擊對象,讓它疲于應(yīng)對,無法進行其他服務(wù)。2016年10月,維基解密的支持者正是用DDos攻擊,癱瘓了半個美國的互聯(lián)網(wǎng)。假如說自由意志漏洞相當(dāng)于有一個惡意的上帝把所有機器的行為都預(yù)先注定了,那么大貝爾實驗的思路,就相當(dāng)于一場對上帝的DDoS攻擊!
大貝爾實驗是由誰發(fā)起的呢?初始倡議者是西班牙的光子科學(xué)研究所(ICFO),11月30日全世界有9家研究機構(gòu)用貝爾員們輸入的隨機數(shù)來做貝爾實驗。這些研究機構(gòu)是:格里菲斯大學(xué)量子計算和通信技術(shù)中心、昆士蘭大學(xué)工程量子系統(tǒng)中心、康塞普西翁大學(xué)電機系(包括三個子節(jié)點林雪平大學(xué)電機系、塞爾維亞大學(xué)和羅馬大學(xué)物理系)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、光子科學(xué)研究所、量子光學(xué)和量子信息研究所、慕尼黑大學(xué),尼斯大學(xué)凝聚態(tài)物理實驗室、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院量子器件實驗室。
作為亞洲的代表,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊參與了大貝爾實驗,由張強教授負責(zé)。所以,為了中國、為了亞洲,諸位請多多參與哦!
參與大貝爾實驗的張強教授實驗室
發(fā)動群眾參與科學(xué)實驗,這種科學(xué)界的“人民戰(zhàn)爭”或者“大煉鋼鐵”,其實并不是新生事物。
一個例子是“因特網(wǎng)梅森質(zhì)數(shù)大搜索”(GIMPS)。每一個質(zhì)數(shù)p對應(yīng)一個梅森數(shù)2p - 1,常記為Mp。對于許多質(zhì)數(shù)p,Mp是質(zhì)數(shù),稱為梅森質(zhì)數(shù)。但是,梅森質(zhì)數(shù)是有限多,還是無限多呢?這個問題到現(xiàn)在都沒有答案,人們只能不斷尋找。到1996年為止,總共發(fā)現(xiàn)了34個梅森質(zhì)數(shù)。后來人們推出了GIMPS,這是世界上第一個基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式計算項目。志愿者只要下載一個程序,就能用自己的計算機參與尋找新的梅森質(zhì)數(shù)。通過GIMPS,梅森質(zhì)數(shù)已經(jīng)擴展到了49個。2016年1月7日,發(fā)現(xiàn)了第49個梅森質(zhì)數(shù)274207281 - 1,它是一個22338168位數(shù),——是的,超過2千2百萬位。
另一個例子是“公眾超新星搜尋項目”(PSP項目),這是由新疆南山縣星明天文臺和中國虛擬天文臺合作開展的,全國各地有數(shù)以百計的業(yè)余天文愛好者參加。他們每天做的,就是對著電腦中的黑白宇宙圖片玩“大家來找茬”,期望看出細微的不同,發(fā)現(xiàn)超新星。2015年,合肥市的小學(xué)生廖家銘找到了PSP項目的第一顆超新星,10歲零8個月大的廖同學(xué)成為全球最年輕的超新星發(fā)現(xiàn)者之一。
那么,大貝爾實驗這場科學(xué)界的人民戰(zhàn)爭,結(jié)果會是什么樣呢?量子力學(xué)會不會被推翻?不用問,結(jié)論肯定是量子力學(xué)正確,跟以前那么多次貝爾實驗一樣……不要在意那些細節(jié)!這次實驗既有科學(xué)意義,也有科普意義,相當(dāng)于一場科學(xué)界的公共關(guān)系項目。
還有一點令人“囧囧”有神的是,這次的大貝爾實驗克服了自由意志漏洞,局域性漏洞卻又回來了……不要在意那些細節(jié)!局域性漏洞是因為,所有這些參與者都在地球上,相距太近。跟什么相比太近?跟人產(chǎn)生一次隨機數(shù)所需的反應(yīng)時間(大約0.1秒)與光速(每秒30萬公里)的乘積(3萬公里)相比。地球的半徑不到6400公里,所以地球上任意兩個人之間的距離不超過12800公里,小于3萬公里,這就存在局域性漏洞。這是大致的說法,至于更深層的解釋,請看我以后詳述貝爾實驗原理的文章。如何才能同時克服自由意志漏洞和局域性漏洞呢?地球和月球之間的距離是38萬公里,讓一個人在地球、一個人在月球就可以。對于中國的載人登月計劃,潘建偉團隊確實提出了這個實驗方案——完美!
大貝爾實驗的持續(xù)時間是從澳大利亞布里斯班時間的11月30日00:00到美國博爾德時間的11月30日23:59,也就是從北京時間的11月29日晚上10點到12月1日下午3點。
當(dāng)你看到這篇文章的時候,大貝爾實驗已經(jīng)正式開始了。還等什么,拿起電話訂購吧!哦,不是,拿起手機、鼠標參加吧!大型真人網(wǎng)絡(luò)科學(xué)游戲,新服11月30日盛大上線,全球公測,永不刪檔,登錄即送愛因斯坦秘傳屠龍寶刀,等著你來!
不轉(zhuǎn)不是地球人!
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