原创 杜茂力 宇宙压强的认知一切都如此简单 2022-10-24 09:06 发表于陕西
作者：杜茂力。
一，爱因斯坦错了吗？
二0二二年十月四日，诺贝尔奖，授与三位实验贝尔不式的科学家，他们的实验，证明贝尔不等式不成立，从而证明爱因斯坦的错了！
哪么？爱因斯坦如果活着，他怎样论证这个证明他错了的实验呢？
诺奖的评选，是科学真理鉴定的试金石吗？
我们是否需要认真的，开辟另一个思路去辩证思维，去论证一下呢，而不是盲目的、信仰式的认可这个结论，否定爱因斯坦呢？
贝尔不等式实验，量子纠缠的距离能证明爱因斯坦的定域论“完全错误"吗？
回答这个问题，我们要首先得科学分析研究，穷追量子纠缠的物理原理是什么？
不知道量子纠缠原理下的定性，是建立在沙堆上的大厦，我们从源头上认真的剖析，就是向砂堆缝隙里注入高强度的粘合剂，让大厦更稳固。
二，量子纠缠的物理原理：
首先给大家认识一个自然现象：
一个盛着水的水盆，在水中心，放两个物理特性相同的两个小球，比重略小于水，使小球不沉入水底，又免强露出水面，搅动水使水旋转，两个小球会随水流对称环流。
如果，我们把水盆和水忽略，不去看或者忽视水和盆的存在，只看到两个球的旋转，这两个球象不象量子纠缠？如果这个水盆足够大，水的旋转速度逐渐增大，两个球的旋转半径就会增大，这两个球的纠缠是不是相对超距？这种超距是什么造成的？
通过以上简单的例子中，忽略了水这个载体，我们就会迷失事物简单的真相。我们把空间当作真空，使我们丧失了认识自然的能力，神乎其神的，产生魔术般量子纠缠产生幻觉，而幻觉的始作俑者，就是魔术师的第三支手：宇宙空间如水般的宇宙能。
眼睛有生俱来的、视觉的便捷性，使人们认为，看到物体是很正常的，只要没有东西阻挡就可以看到，理所当然，现在物理学认识光的传播是光子，波粒二象性等，这是不准确的理论，《宇宙能量压强论》中的篇章，专有论述光的传播是《牛顿摆原理》：光的传播是宇宙空间能量粒子的共振，我们接收的光，是光源能量的牛顿摆共振的脉冲，我们接收的无线电波也是宇宙能的人为电磁的频率、波长的脉冲波动，这一切都是能量作为介质，传播了光和电波。
光和电磁波的传播，微观上粒子的牛顿摆的共振，宏观上是粒子脉冲引起的能量的区域性波动。
我们对物质微观世界，从开始的认识原子是最小的粒子，到发现了电子、质子、中子、夸克…光子、量子等更小的粒子，现在又意识到暗物质暗能量，随着我们的探索，人们会一步步的认识到宇宙空间，除这些粒子之外，充斥着如水形态近似的宇宙能，并产生宇宙压强的真理。
《宇宙能量压强论》论述了，宇宙空间是宇宙元素，质量无限近于零，惯性无限近于零，以4.186倍超光速的振荡，而表现物理特性动能的能量组成，并且是过盈的充斥，产生着强大的宇宙压强。
如果有宇宙压强？我们为什么感觉不到压强呢？
那是因为世界万物与宇宙压强同在，是宇宙压强组成的一分子，组成我们自身元素的斥力与宇宙压强平衡的结果，如同我们感觉不到空气压强是一样的道理。
那么，我们为什么感觉不到宇宙能的阻力呢？
当周围环境没有风，我们在马路上行走的正常速度，我们也感觉不到空气的存在和阻力。
当我们人类的行为速度，可以达到一定量级，能与光速相比较的情况，如光速的三分之一，宇宙能的阻力会曲线上扬，就会知道宇宙空间的阻力存在，也就理解了，任何物质都不会达到光速的物理原理了，而不是纯数学的公式推导。《宇宙能量压强论》的篇章里，有详细的，惯性、宇宙压强测量等内容。
一旦知道了宇宙能，如水一样充斥着空间，认识到宇宙压强，如同揭开了蒙蔽我们心智的窗户纸，世界万物给我们的各种幻觉，就会豁然开朗：光的干涉试验、波粒二相性、万有引力、强力、弱力等自然科学都是很简单的，这里不在论述，《宇宙能量压强论》的篇章有相关内容。
纠缠粒子或者纠缠量子的高速旋转，是处在宇宙能的环境下的，一个粒子“崩"裂为两个粒子，自然会继承粒子的能量，获得高速旋转的动能，会与宇宙空间能量产生相对运动，即量子自旋不是独立的运动，量子会与空间的能量，相对运动会产生能量场的，认识到这个原理，量子纠缠的鬼魅就不存在了，没有什么玄幻，是很简单的科学逻辑。
用这个思路，分析一下贝尔不等式实验：
实验证明量子纠缠鬼魅般的超距作用了吗？
我认为没有，为什么？
实验中，一个粒子，被外力激发，崩裂两个粒子，两个纠缠粒子原理上应该自然接受了两种能量：
1，接受了外力激发而崩裂，获得的激发的动能。
2，由于激发的崩裂，粒子内部释放的内能，如高速旋转的飞轮忽然断裂，飞轮会直接切线飞出一样道理，在微观世界，粒子自身内部是光速旋转或者热运动，外部的激发，打破了原来的运动趋势，崩裂为两个粒子，两个粒子肯定携带原来的粒子的内能，使崩裂后的粒子，如同超高速或者光速旋转的陀螺一样自旋。
陀螺般的量子自身，如同一层层的闭环的线圈，与我们很容易忽略的空间能量，产生相对运动，使陀螺的内部产生与旋转方向相反的电势和磁场，由于两个陀螺式的粒子旋转方向的相反，两个纠缠粒子从分开的一瞬间，就产生了两个陀螺磁力线互相联通的闭环，形成一个共同的环形磁力线，所以，当一个粒子的姿态反转，它会带动磁力线反转，就会使另一个粒子跟随这个磁力线的反转而翻转，这就是《量子纠缠的物理原理》，目前科学未知的陀螺仪的原理，就是自身产生的磁力线与空间航量场的平衡。
量子纠缠是客观存在的，只是不要神话什么超距作用，两个纠缠的粒子获得的能量，会与宇宙空间能量相对运动，产生能量交换，逐渐消失，所以量子纠缠也会消失，吴健雄的实验证明了纠缠粒子在自然状态下，保持不了几分钟时间，说明了这个物理原理。
诺奖贝尔不等式验证的实验，是持续激发、发射纠缠粒子的《瞬间行为》，实验并没有证据证明纠缠态存在多长时间。
纠缠粒子是人为给与的额外的动能，产生的实验距离，与量子自身磁场传导范围相比，是渺小的距离，磁力线在这么小距离内还是很强的，在这种微小的，但我们觉的距离应该很大的思维下，认定为纠缠的超距，使人误以为神话般的、鬼魅式的超距，知道了它的物理原理，你就会豁然开朗！
所以，一对粒子的纠缠，是自身所蕴含能量，互相干涉共同的磁力线造成的，这种干涉是应该随着距离增大磁力线变弱而消失的，随着纠缠粒子能量与外部空间交换消耗，能量旋转速度降低而消失，不是神话了的：一对纠缠粒子不论分开多远，哪怕是一光年，一个粒子的方向改变，会使另一个也会改变的神话，这是违背能量守恒和自然规律的，希望大家科学认识，即量子纠缠的范围是两个纠缠粒子的自身旋转的能量大小决定的，不是无限的，这样，经典物理与量子物理就统一了，我们的宇宙是真实的，不是神话的宇宙，不是平行宇宙式的科幻！根本不存在宇宙神学。
量子纠缠是真实的存在，但，量子纠缠的神话，来之于爱因斯坦的思想假设，所以我提出以下问题供大家参考。
科学的进步，永远都是在不断地纠错中曲折前进，多一个思维是纠错的科学办法，而不要固化某些科学理论的坚不可摧，把某些科学家封神：
1，爱因斯坦认为：一个粒子分裂为两个粒子，因为能量守恒，两个粒子旋转方向必然是相反？
我认为旋转方向相反的几率有多少呢？
1），宏观世界上，把一个陀螺运转的萝卜用快刀飞速斩断，萝卜一分为二，旋转方向的主趋势不变，理论还是原来旋转方向，
2），在微观世界从哲学上应该同于宏观世界，如果硬从能量守恒上进行分析，粒子的分裂为两个量子，为什么必须互相相反的旋转方式达到守恒？为什么不能以共同方向旋转的同时，两个量子，相互缠绕的旋转呢？也就是太极图式的旋转方式，达到新的空间旋转能量守恒呢？分裂的两个粒子如同太极图中的鱼一样的旋转方式呢？这不守恒吗？为什么必须是旋转方向相反的守恒？思维是否狭隘呢。
3），如果，粒子分裂后，旋转方向没有爱因斯坦说的一正、一反方向，而是随机方向，贝尔不等式还成立吗？
贝尔不等式是数学统计逻辑，并不深奥，如果方向一正一反是无懈可击的。
如果，激发的粒子，旋转方向是随机的一部分，一正一反一部分，思维中把中间中性的随机部分去掉，我认为贝尔不等式实验一样成立，原理很简单，掺了水的酒还是酒，所以，贝尔不等式实验，激发的粒子的旋转方向，有一正一反互相纠缠的，也有方向相同不纠缠的，普通的一对对粒子，这样并不会影响实验效果。
3，吴健雄实验证明，互相纠缠的粒子自然状态下存在时间很短，说明了我的观点，纠缠粒子的纠缠时长和定域范围，是两个粒子所拥有能量决定的。
能量会与周围空间交换能量而失去动力而消亡。所以纠缠的粒子，生命周期都应该很短，分开一光年还能互相纠缠的神话是不存在。
纠缠粒子在大自然是有偶然性和必然性，但是，一个粒子分裂为两个粒子，两个粒子的旋转方向相反不是必然的，是有几率的。
4，贝尔不等式物理实验量子纠缠的几千米，中国潘振伟的什么实验，不知什么距离，肯定不是量子纠缠距离，如果他能把量子纠缠实验到一千公里，诺贝尔奖就变四人了，或者是他了，这点距离，纠缠粒子自身磁场可以互相作用的范围内，并不违背定域论，这个距离是人为的发射获得的能量短暂的纠缠，不会自然状态下一直纠缠，所以，量子纠缠的鬼魅式神话是不存在的，是对贝尔不等式实验的结果错误认识，是任意解读，超出了实验本身的科学范围，是神话般的盲目认识。
结论：
《量子纠缠在宇宙空间是客观存在的，纠缠的范围是由纠缠量子人为外力施加和自身具备的蕴含能量多少决定的，随着纠缠粒子与外部空间的能量交换，损失能量，纠缠会逐渐消失。
两个纠缠量子的高速旋转，是陀螺原理，量子的超高速旋转与空间能量产生了相对运动，使量子旋转方向的反方向产生电势，同步产生磁场，两个量子之间产生了互相联通的磁力线，一个量子的翻转，会带动磁力线的翻转，而迫使另一个纠缠量子跟着磁力线翻转，这就是量子纠缠的物理本质》。
如果这样认识，经典力学与量子力学是相融的，真正的科学只有一个，不会不相通，如果产生了矛盾，科学理论肯定是不全面的，不完美的，有漏洞的，背后一定会有不为人知的秘密需要我们开发。
所以，一旦认识到宇宙压强，一切都很简单！
薛定谔的猫：
薛定谔的猫对未知世界的解读是调侃的，不要把这种调侃，当作量子纠缠的神话般解释，箱子里的猫，打开箱子与不打开箱子，不是猫的又死又活的动因，猫的又死又活的叠加状态是人们强烈欲知结果的思维纠结，与猫生与死的真实发展趋势无关，打开箱子与不打开箱子都不影响这种发展趋势，有人观察和没有人观察更不会影响事态的发展，影响猫生死的是箱子里正常的发展趋势和可能的外因的叠加，与箱子无关，箱子代表了人的思维认识的障碍和局限性。
一双手套的低级思维：
一双手套，一支放到华盛顿，一支放到银河系，发现放在华盛顿的是左手的，就会知道银河系的是右手的，其实这种不是量子纠缠，而是思维纠缠，一个在华盛顿一个在银河系，这个结论在你大脑里，当你发现华盛顿的是左手，就知道银河系的是右手，其实两支手套的信息，一直都是在你大脑里运转，不是什么超距，这种看似的超距，实际一直都在华盛顿的手套与你大脑之间，也就几米，银河系的手套被天狗吃了你也不知道，这种神话般的量子纠缠解释，是忽悠人智商的。
微观世界的运动真实状态：
大家都会一笔画出五角星，直实的能量粒子、量子、夸克、质子、原子等各个级别、层次的微观世界，它们内部的运动方式就是我们一笔画五角星的笔迹运动轨迹，只是不止是五个角，而是无数个角，这样微观粒子，就象一个球体向外放射状的绒球状态，向外放射能量，又被外部空间宇宙能量压强压回、制约，而返回的无规则运动，但作为一个整体，运动趋势是一个旋转的云雾团，我们测量看到的电子的旋转，就是电子这种运动总趋势的云雾团，这个云雾团，就是微观粒子的叠加态。
所以，每一个微观粒子运动都是一个趋势，量子力学只是一个高大尚的名称，微观世界，人的智慧是不可能测得一个粒的确切位置和下一瞬间的运动轨迹，更谈不上量子力学概念，如果真要非得要研究微观世界的确切位置，就要把微观空间放大一亿倍，用秒的亿分一计量，才能做到，做到了这个级别，量子力学就变为宏观力学，与经典力学是一样的，这时的，量子的每一个运动节点位置，都可以用经典力学来计算，何来量子力学与经典力学不相融？所以，科学永远是相通的，不会有两个正确的，互相矛盾的科学。
宇宙能量粒子的排列与波函数：
宇宙能量粒子如同一个个跳跃的乒乓球，它在宇宙空间振荡，在某一瞬间，静止时的排列方式，如同把黄豆装在容器里，是错落有致地排列，当能量从一个方向冲击一个能量粒子，牛顿摆传导这个能量，由于量子的排列的是动态的错落有致，接触点错落，使力的传导方向，是围绕着这个力的主体方向上的曲线，所以，从微观上看这个力的传播方向是曲线、是波，宏观上还是直线，我们的光、电磁波等都是这个道理，认清了科学本质，经典力学与量子力学还矛盾吗？
量子通讯：我们现在使用的无线通信、光纤通信，实际上去深层次理解，就是量子通信，也就是利用空间介质都是微观粒子，量子是目前对微观粒子的更流行的叫法而已，叫光子、光量子也行啊，只是学科不同，定义名称不同，所以，目前我们的通信，是必较粗犷的频率和波长，量子通讯就是从粗犷的波长做到量子级的微波通信，也就是发射设备和接收设备升级为量子波动级的频率和波长就可以了，目前量子通信走向了量子纠缠的神话，看似光明，其实前方象似一个玻璃瓶的底部，看似光明，确是个死胡同，是创造不出量子通信的！
量子分布在宇宙空间，有无限个各种旋转方向和旋转角度，也就是，任意一个量子的旋转方向和角度，在宇宙任何空间，都有无数个同样物理特性的量子相对应，物理特性一样的量子，当接受到发射设备微波冲击时反应，应该是相同的物理特征，这种共同的反应，我们可以用于通讯设备开发。现实生活中，一个鼓，两边蒙上牛皮，敲击一侧，产生两侧的共振，一个铜钟，敲击一侧，整体产生共鸣，难道还不理解，怎样去开发量子通讯吗？
三，量子纠缠与物质、生命起源：
宇宙是由宇宙基本元素的热运动，所呈现的能量组成的，过盈充斥在无限的宇宙之中，作杂乱无章地运动。
那么，能量的杂乱无章运动是怎样汇聚为物质的呢？也就是我们的星球是怎样成长的呢？宇宙能量怎样转化为物质的呢？
旋转是微观和宏观世界发展的总趋势，大自然的一切，宏观和微观都是在旋转，不需要证明。
宇宙空间的能量是杂乱无章的运动，是高频短波4.186倍光速的振颤或振荡（4.186倍光速请阅读宇宙能量压强论）。
1，能量：
能量是宇宙基本元素：质量无限近于零以4.186倍光速的宇宙第一速度，乘以无限近于零的质量，显示它的能量。
无限的能量过盈充斥无限的宇宙空间，产生了强大的宇宙压强。
能量在宇宙空间的以振荡为主，在宇宙不同空间能量的集合会有不同表现形态，如大气空气一样有对流、涡流、旋流、风爆、旋窝等，空间各种能量的流动不同形态，就是物理学的不同的场。
地球等一些大质量天体的存在，影响了宇宙能量的正常杂乱无章的运动，使地球方向的动能，被地球吸收一部分，转为地心热，使地球往外的反弹力减弱，从而使杂乱无章的运动，变为地球往外的杂乱无章运动，趋势力的减小，地球近距离内，每一个质点周围，宇宙能方向的不平衡力，产生重力，力的空间大小分布，是以地球为中心的同一圆周上相对均恒，半径越大引力越小，半径越小，引力越大，这个圆周上的弧面，就是广义相对论所谓的时空弯曲，所以，广义相对论是用错误的不恰当的理论，《弄巧成拙的办法》，解决了引力的计算新模式，不代表时空弯曲是对的，真的时空弯曲，如寓言：两小儿辩日，早晨的太阳离我们近？还是中午的太阳近？在那个知识年代，孔子不可能有正确答案，但只要他给一个答案，能说的过去，当时的大众是信服的，比如他可以说太阳公公早上也象我们刚起床，刚开始加柴生火，到中午火烧的更旺，所以中午太阳更热、更亮。
宇宙能量是传播光的最小粒子，即射入我们眼睛的光都是宇宙能的共振。宇宙射线、实验激发的电子是大颗粒的粒子，与量子相比，如同蓝球与乒乓球相比，这种大颗粒的电子发射不是牛顿摆原理，是真正的发射，但宇宙能的阻力会使它传播距离很短，如现在的激光武器一样，不是牛顿摆共振，所以，光能随着距离急剧变弱。它与我们日常认识的光传播原理不一样，只有共振才是最快捷、最《等效的》，传播距离也是最远的。
这种电子的射线对人体有害，它们传播的方式是粒子的近光速前进，并扰动附近宇宙能产生波动，这也是光的双缝实验中，一个不为人知的科学，即，发射的一粒电子，一石激起千层浪，引起宇宙能粒子的共振，电子不通过狭缝，也能在背影墙上留下光斑。
宇宙能量是看不到的，因为它是传播能量的主体，是进入我们眼睛的，我们只能感知领悟它的存在。
凡是能看的到的粒子，都是宇宙能转化成物质的结果，宇宙能转化为物质，是三个以上的能量组成一个单元，质量不再无限接近于零，惯性不再无限接近于零，宇宙能量的共振传到量子，量子质量是宇宙能质量的三倍，共振受到阻滞，就会反弹，便可以观测的到。
能量的振荡，是无规则的，一个能量粒子，它的运动轨迹很简单，我们都会画五角星，画五角星的笔尖的轨迹，就如同能量的振荡模式，现实不是五角星，而是无限个角的星，无限个角的星的运动轨迹就是一个圆球，它们在宇宙空间，我们可以形象地把它们认作乒乓球，乒乓球的小、轻、很强的弹性，高度符合宇宙基本元素能量的特性。
2，量子态：
能量这个乒乓球在空间振荡，假设一定区域范围存在乒乓球A、B、C、D、E、F…，A与B碰撞是偶然的，碰撞后反弹是无序地撞向其它球，AB之间就会瞬间空虚，C、D…等向这个空间运动补充空间，然后相撞返弹，这种运动即为无序的杂乱无章运动。
而当A向B运动的同时，C向A跟进，A与B的反弹A将没有退路，C促进A继续往左前或右前方运动，运动方向会受到其它球的相撞，继续改向，就会有与AC一侧的球D碰撞，D向C的后方跟进，形成一个三个球的旋转圆周运动，达到一个相对稳定的最简单的单元，这就是能量转化为最小形态的量子。
我们现在科学上，把量子认为能观测的到最小的物质粒子，不可再分，是对的，因为三个一体的单元，少了一个，两个能量球不可能相对稳定了，会被周围能量冲击而冲散，转为无规则运动了。
三个质量无限接近于零，从质量近为零变为明显大于零，变有质量了，就有惯性了，当宇宙能量的不平衡时，如光的牛顿摆共振，反映到量子上，由于它的质量是介质能量的三倍、三倍以上，就不能共振，会被量子惯性反弹，光就会反射，我们就可以观测的到量子的存在了。
眼见为实是务实的唯物主义，但在微观科学里将使我们走向误区，忽略了我们为什么能看到？如果我们认识到宇宙空间充斥着宇宙能，用牛顿摆的共振去理解是多么简单的道理，用这个简单的思维，光的波粒二象性更深层的原理又是多么清澈（详见宇宙能量压强论）。
量子的结合，符合道学的一生二，二生三，三生万物，也就是一个二个都不是稳定的群体，只有三个组成的单元才是最小的稳定个体。
当量子与周围空间能量产生能量的交换，获得能量，三个原始能量球的旋转半径增大，三个能量球之间的距离增大，就会被外部能量球补充，产生内存四个五个…N个的能量球，反之，失去能量，旋转半径减小，就会减少能量球，这就是最原始、最微观的电子跃迁的物理本质，这种区域环境的不同，量子的内存能量所含多少不同，就出现了物质不同元素的基因。所以，在宇宙不同空域、不同环境、不同时间段就会产生不同的物质元素。
3，量子的轴向叠加：
在宇宙空间，会产生不同旋转角度、不同旋转方向的大小各异的量子，当旋转方向、旋转角度完全相同的量子，轴向靠近，就会在外部压强下，偶合叠加在一起，但也不能无限叠加，当叠加到一定长度，就会断裂，如蚯蚓，断开后变为两个蚯蚓，所以，量子的轴向叠加组合会是一个与直径大小有关的圆柱状。
4，量子的径向结合：
当旋转方向完全相反的量子，在宇宙压强下，径向靠近，会象齿轮咬合一样组合在一起，形成围绕着咬合点旋转的组合量子团，也就是量子在宇宙空间自然状态下的偶合式纠缠，形态如太极图。
在这种状态下，相同性质组合量子，轴向叠加，就会形成互相咬合的双圆柱体，由于整体截面，比上文单一量子大，就会产生较长、较大的个体单元，形似于我们生物基因的双螺旋，生物基因结构形态。
由于是双量子排列结构，并且是旋转方向的相反，所以，自身组合形成了磁力线的闭环，互相依存，这就是生物生命的初始物质形态。
5，物质的凝结与物质的分解：
宇宙是一个无限循环过程，没有开始和结尾，只有循环过程的无穷演化。
无形的能量转化为量子，量子的叠加使物质层叠，达到物质的初始结构，然后，进入下一个台阶、层次的组合，一直达到我们认识的宏观和微观的分水岭《原子》，原子组合为宏观的星球，星球的不断成长，重力和辐射使内核的温度达到一定值，就会核聚变，如太阳一样，物质转化为能量。
结语：
《科学》需要我们去《发现》！而不是《创造》！
人类文明真正意义上在几万年《知识酝酿》中，《崩发》几百年，宇宙间没有神，科学领域更不会有神一样的科学家，我们不要封神，科学应该在不断的《纠错》中前行，放下崇拜、成见和固执，共同前进吧！中国科学的春天即将到来！
缀语：
认识量子纠缠，就要抛弃量子纠缠的过去不科学的神话。科学家的素质是学习的过程是与知识共鸣的过程，当知识不能共鸣时，这个知识点，就是你研究的对象，这样在学习中才能过滤杂质，纠错不不完美的科学，不然，一味盲从，让你再活五千年，也只能见证科学的进步。
关注《宇宙能量压强论》，跟你一起，从最微观认识宇宙科学！而不是宇宙神学。
参考：贝尔不等式验证的新闻媒体资料。
结合自己对目前科学的学习和共鸣的分岐，进行分析和总结，与官方前沿科学有很多不同理念和层次的深入，希望批评指正。
杜茂力，二0二二年十月二十四日，于西安。
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人们往往会高估未来一年内能完成的目标，而又往往会低估未来十年能做到的事情。本期墨子沙龙邀请陆朝阳教授为客串编辑，构思了一个脑洞大开的提问：“如何实现一百万个量子比特的纠缠和量子计算”，并邀请了正在三个不同物理体系（光子、超冷原子、超导线路）从事研究的几位青年研究人员一起讨论和回答。
目前，科学家们基于各种不同的物理体系和不同的途径开展了量子计算的研究。在进入正题之前，先分享英国帝国理工学院Terry Rudolph 教授对此的一段叙述 [ 翻译自 APL Photonics 2, 030901 (2017) ]：
量子计算技术具有难以想象的巨大潜力，并且在通信、高精度测量以及其他还不可预见的领域中具有可以期待的相关衍生应用。目前，其大规模物理实现瓶颈的关键还在于研究者的创新能力和实验技术，而不是研究经费和资源的多少。正被严肃研究的每一种量子计算实现路线（基于不同的物理体系和途径）都有助于我们更深入理解所涉及系统的物理规律，同时也将工程的极限不断向前推进。作为一个科学共同体，我们现在拥有各种类型迥异的物理系统，在这些系统中，我们正努力实现对每个单独的基本组成单元的精微操控。不管采取哪种方案，我们都希望在不久的将来实现大规模量子纠缠，而纠缠正是所有量子奇异现象的精要所在。
人类已经历经了“第一次量子革命”，在这里，相比量子纠缠来说不那么奇异的量子现象（例如，离散能量、隧穿效应、叠加效应和玻色凝聚等）为人类催生了一系列新技术（例如，晶体管、电子显微镜和激光器等），这些技术作为主要推动力又继而推动了计算机、GPS和互联网等的发展，所有的政治家今天也可以看到它们每一项的价值是至少数十万亿美元级别的。正如第一代的各种量子技术需要在不同系统上实现一样，第二代量子技术也可能会走类似的路线。如果对于所有的第二代量子技术，仅仅一种物理系统就能实现所有功能，那将是非常令人惊奇的。历史已经证明，几乎所有偶然的科学发现都是在我们突破物理极限（如使材料比以往更低温、更纯净、更小等）的过程中涌现的。而这正是目前实验量子信息科学正在做的事情。
因此，对于大部分想有所作为的研究生来说，无论是从事量子通信、量子精密测量、还是量子模拟和计算，一定不要盲目追求时髦、轻信新闻媒体的宣传，重要的是把特定的物理体系的潜力发挥到极致（如下图）。
图片源于网络
下面进入正题。
回答：陈明城、丁星、顾雪梅、吴玉林
修订：陆朝阳
超导量子计算
量子计算最近几年频繁出现于各种科技新闻报道。量子计算机凭借其强大的计算能力，将会给人类信息处理的方式带来颠覆性的改变。当然，美好的东西往往不是那么容易实现。事实上，量子计算的理论早在上个世纪80年代就有了，过去几十年里，大量的科学家一直致力于实现量子计算机，但直到今天我们还没有真正可用的量子计算。可见实现量子计算机是非常困难的。
作为一个超导量子计算研究的从业者，在这里简单回答一下制备一台超导量子计算机主要有哪些挑战。
去年，谷歌利用超导量子计算机首次在实验上证实了量子计算机具有远远超过超级经典计算机的计算能力，展示了“量子优越性”（见下图）。这是一个划时代的实验，要知道，以前量子计算机的超强计算能力仅仅是理论上的估计，从未被实验证实过，在实际中是否真正可行是一直存在质疑的。从此以后，量子计算机具备超强计算能力成为确切无疑的事情。
图片来自 Nature, 574, 505–510 (2019)
然而，我们离制造出一台有实用价值的量子计算机还非常遥远。量子称霸实验仅仅是通过一个特殊设计的算法，证实了量子计算机具备超强计算能力，但这个算法是没有任何实用价值的。按照现在的估计，一台能求解有实用价值问题的超导量子计算机，需要有上百万个量子比特，而现在规模最大的超导量子计算机仅仅包含53个量子比特。可见我们离实用量子计算机还有多遥远。
为什么需要上百万个比特呢？那是因为量子计算理论上所说的比特，是指完美的、不会发生任何错误的比特，专业上叫作“逻辑比特”。然而现实中的东西总是不完美的，超导量子计算机中的量子比特也是这样。我们把实际量子计算机中的量子比特叫做“物理比特”。对一个物理比特进行操作，结果会有一定概率出错。会出错倒也没什么，现实中大部分事情都这样，只要出错率低于能够容忍的阀值就可以了。
对量子计算机，麻烦在于，要想求解有实用价值的问题，这个能容忍的阀值实在太低，大概在百万分之一。这个阀值低到有多恐怖呢，拿超导量子比特来说，对它的操控是通过10纳秒级微波脉冲实现的，这意味着要在一亿分之一秒的时间内，实现百万分之一精度的控制！大家知道，快的东西一般不准，准的东西很难快，而直接实现理想量子比特却要求同时做到极致快和极致准，这远远超出了人类科技所能达到的高度。量子计算机只能另寻解决方案：量子纠错。这就是我们为什么需要上百万个物理比特的原因。
做到一百万个量子比特有多难？我们可以看看超导量子计算的发展史：2000年左右，第一个超导量子比特研制成功；然后经过15年左右的发展，2014年左右，超导量子计算处理器做到了10比特水平；又经过近5年的发展，到2019年，超导量子计算处理器做到了50比特水平。从这可以看出，要做到一百万个比特是极具挑战的事情，超导量子计算的发展还在很初步的阶段，还有很长的路要走。
面临的挑战首先是量子比特的实现本身就是非常具有挑战性的技术。要实现量子计算，重要的不仅仅是比特的数量，比特的质量更关键。而前面说到的量子纠错是质量不够，数量来凑并。这个说法其实并不准确，严格来说，要实现量子纠错，物理比特的错误率必须低于某个阀值。
量子比特能达到的操控精度由比特本身的性能、测量系统的水平、量子调控的水平三方面共同决定。这三方面每一项的提升都是一个系统工程。超导量子计算发展到今天，依赖的技术大多是现有的成熟技术。这主要是因为超导量子处理器的规模还不是很大，从设计、制备、测试到操控，都可以直接用商用的仪器设备或经过简单的改造来实现，和常规的科学研究课题没本质区别，可以完全按照基础科研的模式开展研究。
图片来自 Annual Reviews of Condensed Matter Physics 11, 369-395 (2020)
当超导量子处理器规模达到几十个比特甚至更大以后，大部分商用仪器已经无法满足需求，甚至现有技术都无法满足需求，需要系统性地从头开发整套的仪器设备和技术，这包括：
一、超导量子芯片设计、仿真软件，类似于半导体芯片领域的EDA软件。超导量子计算机的核心部件是超导量子处理器芯片，和半导体集成电路芯片一样，规模大了以后纯靠人手工无法完成设计、仿真，需要EDA软件辅助设计和仿真。超导量子处理器芯片基于独特的超导约瑟夫森结这种非线性器件，基本组成单元是量子器件而不是传统电子学元件。和半导体芯片电路特性完全不同，其电路原理和结构设计遵循完全不同的逻辑，不可能直接使用现有的半导体芯片设计EDA软件，需要重新开发；
二、大规模超导量子芯片制备产线，类似于半导体芯片制备产线。超导量子处理器芯片基于超导材料，对制备和工艺有特殊要求，这意味着芯片制备需要专门的工艺和设备产线；
三、超导电子学技术和低温电子学技术。当芯片集成比特数达到数千个以后，按照现有的模式，用室温电子学控制设备控制每一个比特几乎不可能实现，需要将比特的控制部分和量子芯片集成，能够达到这个目标的唯一技术是超导电子学。目前超导电子学技术还处在非常基础的阶段，实际应用非常少，如何与量子芯片集成更是有待研究的全新课题；
四、大功率极低温制冷机。超导量子处理器只能在10mK左右的极低温（约零下273.14度）下才能工作，而且还要求提供足够的制冷功率，目前能做到的只有稀释制冷机。当前的稀释制冷机技术仅能做到满足数百个比特的需求，支持更大规模的量子芯片的技术仍是一个待研究的课题。
当然，如果一百万个量子比特最终被证实在实际中是很难实现的，实用量子计算也不是完全没有希望。我们通常所说的实用量子计算需要百万级别的量子比特，是基于已知的量子算法和现有的比特操控错误率，但不管是量子算法还是比特操控错误率，将来都有可能出现新的突破。一方面，制备工艺、量子调控技术的提升会让物理比特的出错率降低，大大降低实际需要的物理比特数，另一方面将来有可能提出全新的实用量子算法，对量子比特出错阀值有更低的要求，也会大大降低实际需要的物理比特数量。这两方的突破很有可能在不久的将来，在人类实现通用量子计算这个遥远目标前，为量子计算带来一些近期的有价值应用，量子人工智能就是其中的一种可能。
光量子计算
光子可以较容易地展示出量子态的叠加性，具有简单的单量子比特操控方法。通常一个可见光区域的光子能量是几百THz，是其他类型量子比特的百万倍以上，远远大于各种热噪声，因此避免了使用昂贵的稀释制冷机。
光子清高孤傲，特立独行，母胎单身一万年，从不和其他光子搭讪，能够在较长时间内携带并保持量子信息。其中一个很好的例子就是Lyman-alpha blob 1 （简称LAB-1）发出的光在旅行了115亿年后到达地球时仍保持原始的极化状态（母胎单身）。此外，最显然的，要说谁跑得快（对应信息传输和处理速度），恐怕目前没谁敢和光比。
光一直站在人类解释大自然奥妙的前沿。量子信息领域也不例外，量子信息实验领域第一个真正的突破——1997年的第一个量子隐形传态实验，就是通过操纵多光子来实现的。到去年，实验室里面实现了20个单光子、数百个分束器的玻色取样，输出态空间维数达到了370万亿。在产业界，总投资数亿美元、位于硅谷的初创公司PsiQuantum和位于加拿大的Xanadu，都号称在致力于建造一台商用的光量子计算机。PsiQuantum声称，5-10年内他们的设备将包含100万量子比特。
积跬步，以致千里：要盖一栋由一百万个光量子比特组成的高楼大厦，首先要把每一个砖头——理想的量子光源——造好。单光子源，顾名思义是每次只发出一个光子的光源，但要想单光子源可以应用于量子计算，还需要同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率这四个几乎相互矛盾的严苛条件。2000年，美国加州大学研究组在量子点体系观测到单光子反聚束。2002年，斯坦福大学研究组观测到双光子干涉。2013年，中国科大研究组在国际上首创量子点脉冲共振激发技术，只需要纳瓦的激发功率即可确定地产生99.5%品质的单光子；2016年，研究组研制了微腔精确耦合的单量子点器件，产生了当时国际最高效率的全同单光子源；2019年，研究组提出椭圆微腔耦合理论方案，在实验上同时解决了单光子源所存在的混合偏振和激光背景散射这两个最后的难题，成功研制出了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源。
基于量子点的单光子源的两个核心指标的综合性能国际发展总结
目前单光子的单偏振提取效率还只有~60%，因此需要进一步设计更好、更鲁棒性的微腔结构（正在进展中），将单偏振提取效率不断提升到接近100%。假设有一天我们有了每个指标都超过99%的单光子源，那又该如何进行线性光学量子计算呢？
这里将量子计算简单的分类为非通用量子计算和通用量子计算。对于非通用量子计算，不需要纠错，只完成特定的量子计算任务，可以用于演示“量子优越性”（低调）或“量子称霸”（高调）。在线性光学体系中最有希望实现量子优越性的模型之一是玻色采样。这个模型只需要几十个全同的单光子输入到一个高维线性光学网络，并在出口获得可能的多光子符合事例即可。
对于通用量子计算，还需要在独立单光子之间实现控制逻辑操作。然而，光子之间的相互作用非常弱，这一光子在量子通信中的优点在量子计算中成为了一个弱点。可是，这并难不倒聪明绝顶的物理学家们，他们先后提出了KLM方案、腔电动力学CNOT方案，以及基于簇态的单向量子计算方案。后者是目前PsiQuantum公司正在推的，把CNOT的难点转移到了制备足够大尺度的纠缠态上，在此基础上，就只需要测量了。
图片来自APL Photonics 2, 030901 (2017)
那怎么从单光子或者纠缠光子对制备一百万光子的纠缠态呢？这个问题问得好！鲁迅先生曾经（然而并没有）说过：太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦……在这一指导思想下，在多光子纠缠方面，中国科大研究组在过去几年从4光子纠缠实现了12光子的纠缠，并演示了20光子的玻色取样。此外，量子点也可以直接产生两光子纠缠以及多光子簇态纠缠。随着光子系统效率和全同性的进一步提升，以及近期高斯玻色取样新方案的出现，有望解决效率的扩展问题，爬升速度有望大大加快，说不定2020年底就做到了接近100个光子呢？
由于量子系统不可避免的退相干效应，量子态和环境的耦合会受到各种噪声的影响，因此导致计算过程中产生错误。如果不纠正这些错误，那么经过一系列计算后，量子计算机将输出被随机噪声破坏的数据。为了保证大规模量子计算后只存在较低的错误率，普适的容错量子计算要求一个包含有很多量子比特的三维簇态，其中两维被映射到空间上，另一个维度被映射到时间上。这种特殊的三维结构，不需要所有的光子都同时处于相互作用状态，而只需要对邻近的纠缠态之间进行作用，从而允许构建稳定的子簇态。为了获得更多量子比特的簇态，我们只需要按照标准簇态的计算方法遍历编码单个量子比特的路径，分布式拼接已有的纠缠态，最终实现大尺寸的簇态。我们也可以将其理解为随时间演化的表面编码，每一层的局域操作将编码的结果传输到下一层的编码面上。这些编码的边界支持多个编码的量子比特，因而编码的量子门随着时间演化的边界条件得以实现，并且噪声的影响可以通过系统编码的拓扑性质来降低。
超冷原子量子模拟和量子计算
其实，说一千道一万，对物理学家来说，量子计算研究的终极灵魂拷问是：
“When will quantum computers do science, rather than be science?”
不管名字叫做量子计算机还是量子模拟机，我们的目标就是造出一个利用量子力学原理运行的新机器，它能成为物理学家、化学家和工程师在材料应用和药物设计方面的重要工具，应用于模拟复杂物理系统，量子化学，指导新材料设计，解决高温超导等物理问题，在特定模拟问题的求解能力上全面碾压经典的超级计算机。针对这一目标，包括诺贝尔物理学奖获得者杨振宁、Anthony
Leggett在内的众多重要量子物理学家都认为，超冷原子由于其纯净的环境、各种丰富的相互作用、几十年来积累的各种精致的控制手段，有望在不久的将来在非平庸的量子模拟方面取得重大突破。
如何实现一百万个量子比特的纠缠是一个有趣的问题！物理学家最善于把复杂的问题简单化，像那个“如何把一只大象放进冰箱”的经典问题，让我们分三步考虑: (1)放一个量子比特；（2）放100万个量子比特；(3)添加上量子纠缠。
一、100万个量子比特：单原子阵列
我们预计最简单最自然的量子比特是一个单原子(左图)，搞定第一步。100万个量子比特，刚好是100*100*100的3维阵列。假设临近原子之间的距离是10微米，100万个量子比特正好是边长1毫米的立方体（右图），搞定第二步。
我们具体看下怎么做出这样的原子立方呢？我们可以利用超冷原子光晶格产生的激光驻波，一个一个地囚禁单原子，一个萝卜一个坑规规矩矩地做成固定间隔的立方体形状。或者，以光镊作为定位工具，任性地把原子一个一个的排列成我们任意想要的间距和形状，比如3维的埃菲尔铁塔、莫比乌斯环、碳60，而且还可以实时动态变化（像南归的大雁那样，一会儿排成N形，一会儿排成B形），排出立方体更不在话下。
图片来自Nature 561, 79–82 (2018)
二、让100万个量子比特纠缠：激光操控原子
前面两步我们有了100万个量子比特来存储量子态，接下来就是第三步，通过原子相互作用产生量子纠缠。
用激光脉冲来控制原子是最方便的。相比于超导量子电路或者半导体量子点等固态系统中，100万个量子比特需要放置几百万根控制线【超导量子计算男神John
Martinis曾经介(tu)绍(cao)他的大部分工作就是在解决如何布线这样的繁琐技术问题（见上图）】，单束激光可以通过动态编程，定向和聚焦于任意一个或一批原子上，对任意原子进行可控的量子操纵(下图)。例如，通过激光激发原子到里德堡态，可以把单原子间的相互作用打开，达到超过10个数量级的开关比。原则上，第三步产生纠缠可以很简单：一个基本的事实是，一个随机的量子态是最大纠缠态，因此只需要让原子进行充分的随机相互作用就行。
图片来自https://news.mit.edu/2016/scientists-set-traps-atoms-single-particle-precision-1103
让我们增大一点难度，来产生簇态纠缠，这种纠缠结构可以用来实现通用的量子计算。近期，中国科大科研人员在光晶格中取得重要进展，研究人员通过确定性制备超冷原子阵列和高精度量子门实现了1250对原子纠缠，是通往制备簇态纠缠的重要一步（欲知更多详情猛戳墨子沙龙漫画深度解读 “为了让你更完美，我必须冷酷到底——极度深寒量子模拟” ）。
图片来自http://quantum.ustc.edu.cn/web/node/852
三、可扩展的量子纠缠:量子纠错
假设一个量子操纵的可靠度是99.99%，那100万个量子比特都各操纵一下，整体的可靠性就是0.9999^1000000≈10^(-44)，操纵就失败了。这是大规模量子纠缠和量子计算面临的最大挑战。解决这个问题的方法是对量子操纵进行纠错，让大规模量子操纵的错误不要持续累积。
不过量子纠错很消耗资源，比如用100亿个高品质的物理量子比特来实现可容错的100万个逻辑量子比特。按照我们前面的排法，100亿个单原子量子比特阵列差不多是边长2.2厘米的立方体阵列，大小还是很迷你的。
容错量子计算有个基本的门槛，量子操纵的可靠性需要大于某个阈值。目前，利用光镊控制的单原子量子比特可以实现大于99.7%保真度的初始化，大于99.6%保真度的单比特操纵，大于99.9%保真度的非破坏读取，通过里德堡态相互作用可以实现大于99.5%保真度的双比特纠缠门，这些基础指标都达到了二维表面码容错量子计算的阈值的基本要求。
图片来自https://quantumarchitectureprinceton.github.io/
二维表面码容错量子计算是目前最吸引人的可扩展量子计算设计（上图）。它只需要在平面上排布局域相互作用的量子比特，因此非常适合比如超导量子比特等固态芯片体系。不过这个设计有个大缺点，它需要辅助超大规模的量子态蒸馏才能实现通用的容错量子门，因此非常消耗资源。三维的原子量子比特阵列提供了新的机会：比如三维拓扑码可以直接实现通用的容错量子门，极大地节约了可扩展量子计算的资源开销。
目前我们还很难预测未来哪个物理体系会率先实现100万个量子比特的高保真度纠缠。其中单原子阵列展示了潜在的竞争力：在高分辨显微镜头下，动态光镊排布三维原子构型，激光独立寻址和操控任意原子及其相互作用，三维容错编码机制高效地纠正量子错误，最终实现大规模量子计算。
图片来自网络
墨子沙龙是以中国先贤“墨子”命名的大型公益性科普论坛，由中国科学技术大学上海研究院主办，中国科大新创校友基金会、中国科学技术大学教育基金会、浦东新区科学技术协会、中国科学技术协会及浦东新区科技和经济委员会等协办。
墨子是我国古代著名的思想家、科学家，其思想和成就是我国早期科学萌芽的体现，“墨子沙龙”的建立，旨在传承、发扬科学传统，建设崇尚科学的社会氛围，提升公民科学素养，倡导、弘扬科学精神。科普对象为热爱科学、有探索精神和好奇心的普通公众，我们希望能让具有中学及以上学力的公众了解、欣赏到当下全球最尖端的科学进展、科学思想。
关于“墨子沙龙”
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在19世纪与20世纪之交，很多物理学家认为，物理学的大厦已经建成，后续只要对此进行修修补补就行。不过，两朵“乌云”笼罩在经典物理学上空，这让人们感到了一丝不安。
但谁也没想到的是，物理学界将会经历一场史无前例的变革。从黑体辐射问题这朵“乌云”中，诞生了量子力学。它与相对论共同打破了经典物理学的框架，掀开了现代物理学的大幕。
一系列的实验表明，量子世界超乎想象，与我们的宏观世界格格不入。举个例子，粒子的位置和速度（动量）无法被同时精确测量出来，一旦一个参数确定，另一个参数就会变得不确定，这就是不确定性原理。
这种现象在宏观世界中是不可想象的，因为我们完全可以同时精确测量出宏观物体的位置和速度。即便是宇宙中的天体运动也能被准确描述，我们能够精确预测何时会出现日食，何时会出现水星凌日。
除了不确定性原理之外，还有一种量子现象也是颠覆我们的常识，这就是被爱因斯坦称为“鬼魅般超距作用”的量子纠缠效应。这种量子效应似乎可以无视距离，实现超光速作用，这让爱因斯坦无法接受，因为相对论认为光速是速度的上限。
基于现代宇宙学的测量，以地球为中心，可观测宇宙的直径为930亿光年。那么，如果把两个纠缠粒子放在可观测宇宙边缘的两端，它们还能无视930亿光年的遥远距离，瞬间影响到对方吗？
根据量子力学的哥本哈根诠释，粒子的自旋、位置以及动量等物理性质在测量之前处于不确定的叠加态，只有经过测量才会坍缩成确切的状态。著名的“薛定谔猫”是哥本哈根诠释用于宏观世界的思想实验，在没有观测之前，猫处于生与死的叠加态。
根据量子纠缠效应，一旦两个粒子发生纠缠，它们的物理性质会出现关联。如果测量一个纠缠粒子的物理性质，例如，粒子的自旋性质为上旋，那么，另一个纠缠粒子的不确定性就会消失，它的自旋性质必然为下旋。无论两个纠缠粒子相隔多远，就算相距930亿光年，量子纠缠效应仍然生效。
那么，量子纠缠是否打破了相对论所说的光速不可超越呢？
事实上量子纠缠并没有从真正意义上打破光速，因为纠缠粒子之间没有传递有效信息。关于这种现象，可以通过一个例子加以说明。
假设有两个完全一样的不透明盒子，一个盒子中放了白猫，另一个盒子中放了黑猫，然后把两个盒子分别放在可观测宇宙边缘的两端。如果打开其中一只盒子，观测到其中猫的颜色为白色，那么，我们瞬间就能知道930亿光年外的另一只盒子中为黑猫。在此期间，有效信息并没有以超光速传递，所以与相对论不存在矛盾。
因此，量子纠缠的超距作用并不能用于即时通信。所谓的量子通信其实是用量子纠缠效应来对信息加密，而信息传播的载体仍然是电磁波，传播速度还是光速，而非无限快。
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