量子超光速通信的製作方法

2023-04-24 03:25:31 1

專利名稱：量子超光速通信的製作方法
技術領域：
本發明屬於量子通信技術領域，它利用量子原理和意識識別功能來實現比光速更快的通信。
1935年，Einstein等人發表了著名的EPR文章，使人們第一次注意到了在相互耦合的微觀粒子之間可能存在量子非定域(或超光速)關聯。1964年Bell在此基礎上提出了Bell定理，證明了量子理論的確導致量子非定域關聯的存在，並給出了可行的實驗證實方法。1982年，Aspect等人在實驗上對這種量子非定域關聯的存在進行了令人信服的證實。迄今，無論理論和實驗都已顯示了量子非定域關聯的存在，但是目前的理論(主要指相對論和量子力學)似乎不允許利用這種量子非定域關聯來實現量子超光速通信，具體證明可參見Eberhard,Ghirardi等。儘管很多人仍嘗試在目前理論框架內實現量子超光速通信，如Herbert的FLASH建議，但他們並沒有成功，見Zurek。也有一些人設想利用非線性量子力學理論來實現量子超光速通信，如Gisin等，但目前的實驗並未顯示需要此類修正，而且這種理論自身還有許多問題。1992年，Squires曾提出與本發明類似的想法，但未建立在充分的理論基礎和實驗基礎之上，並且他認為目前的理論和實驗似乎並不允許超光速通信的實現。總之，至今尚未有人提出一種有堅實的理論和實驗依據並切實可行的量子超光速通信方式。
本發明的目的是提供一種比光速更快的信息通信方式。
本發明以EPR關聯粒子對作為信息載體，利用非正交(單或多)粒子量子態進行量子信息編碼，並通過將量子動態投影原理與意識識別功能相結合來區分非正交(單或多)粒子量子態，從而可對編碼的量子信息進行解碼，以實現量子超光速通信。其中，信息載體的產生及信息的編碼是成熟的技術，例如EPR關聯粒子對通常可取光子對，並可通過隨機參數下轉換(SPDC)等方式來獲得；而信息的解碼，即利用意識識別功能來區分信息編碼中的非正交(單或多)粒子量子態目前仍處於實驗階段，但實驗上已顯示了它的可實現性。
下面我們給出量子超光速通信的實現方案。它包括兩部分，第一部分是利用意識識別功能來區分非正交(單或多)粒子量子態，依此我們可設計一臺非正交量子態識別儀，第二部分是利用非正交量子態識別儀這一核心裝置來實現量子超光速通信。
非正交量子態識別儀的實現方案如下。設光子為識別粒子，並且識別儀中的意識生物(如人類)通過訓練後可以對單個光子形成感知，從而他可以識別單個光子的到來。識別儀的輸入態為非正交單光子態ψA+ψB或ψA-ψB和ψA或ψB，其中ψA±ψB為光子的空間疊加態，ψA態為從A方向進入意識生物識別器官(如眼睛)的光子態，ψB態為從B方向進入意識生物識別器官(如眼睛)的光子態。設意識生物對確定態ψA或ψB的識別時間為tI，對疊加態ψA+ψB或ψA-ψB的識別時間(即識別時動態投影過程完成的時間)為tP，並且有tI＜tP，同時意識生物可以意識到tI與tP的時間差別。於是，當輸入態為ψA1實驗上我們也可以利用極少量的光子，這不影響本方案的實現原理。對於多光子情況，我們可以利用實驗者腦態之間的量子關聯來完成超光速通信[12]，本方案的實現原理同樣適用。或ψB態時，意識生物於tI時刻感知到光子從A方向或從B方向到達，他將識別結果產生的時刻tI作為識別儀的輸出2；當輸入態為ψA+ψB或ψA-ψB時，意識生物於tP時刻感知到光子從A方向或從B方向到達，此時他同樣將識別結果產生的時刻tP作為識別儀的輸出。因此，識別儀可以區分開非正交單粒子態ψA+ψB或ψA-ψB和ψA或ψB，或者說，可以區分開疊加態和確定態。當然，具體的非正交量子態識別儀可直接利用意識生物或通過更先進的意識識別模擬技術來實現。
下面我們給出利用非正交量子態識別儀來實現量子超光速通信的實現方案。實際上，一旦我們可以區分非正交的(單或多)粒子量子態，實現量子超光速通信便是一件十分容易的事情，並且利用目前的實驗技術完全可以實現。這裡我們利用EPR偏振關聯光子對作為信息載體，並通過操作偏振器件進行信息編碼來實現量子超光速通信。如圖一所示，頻率分別為v1和v2的偏振關聯光子對由源(即偏振關聯光子對的產生裝置)沿Z方向和負Z方向發出，然後光子v1先經過光開關C1，再經過單通道檢偏器π1，而光子v2直接經過雙通道檢偏器π2，其中光開關C1可控制光子是否通過檢偏器π1，單通道檢偏器π1隻允許偏振方向平行於X軸的光子通過，而雙通道檢偏器π2可允許偏振方向平行於X軸和垂直於X軸方向的光子都通過。光子v2離開檢偏器π2後在空間上分成兩路，然後從不同角度輸入到非正交量子態識別儀。
現在我們將說明如何通過這一裝置來實現量子超光速通信。讓信息的發送者A控制光開關C1，讓信息的接收者B觀察非正交量子態識別儀的輸出(如指針讀數)。設雙方約定的通信規則為對於信息發送者，不對光子v1進行測量代表發送信息碼「0」，對光子v1進行測量代表發送信息碼「1」3；對於信息的接收者，通過非正交量子態識別儀識別到光子v2的狀態為空間疊加態代表接收到信息碼「0」，識別到光子v2的狀態不是空間疊加態代表接收到信息碼「1」。具體的通信過程如下當發送者A想發送信息編碼「0」時，他就控制光開關C1讓光子v1不經過檢偏器π1，而沿另一條路線自由傳播，這樣當光子v2經過檢偏器π2後將形成類似於ψA+ψB或ψA-ψB的空間疊加態。於是，接收者B通過觀察非正交量子態識別儀的輸出就可以知道光子v2的狀態是空間疊加態，從而將信息解碼為「0」；2為了精確起見，可通過另一個實驗者記錄下結果產生的時刻作為識別儀的輸出。3當然，為了減小識別誤差，我們可以採取冗餘編碼，即通過對多個相鄰光子的相同操作而將它們編為單個信息碼。另一方面，當發送者A想發送信息編碼「1」時，他就控制光開關C1讓光子v1經過檢偏器π1，從而光子v1被探測器D1測量，這樣關聯光子對的整體單態將發生投影。於是，當光子v2經過檢偏器π2後將不再形成空間疊加態，而相應地投影為只存在於單個路徑上的類似於ψA或ψB的狀態，此時接收者B通過觀察非正交量子態識別儀的輸出就可以知道光子v2的狀態不是空間疊加態，從而將信息解碼為「1」。於是，通信雙方可按照上述的通信規則和通信過程進行量子超光速通信。
無疑，量子超光速通信將比傳統的亞光速和光速通信方式具有更大的優勢。首先，量子超光速通信的線路時延可以為零，即與通信雙方之間的距離無關，從而它是最快的通信方式；其次，量子超光速通信的信息傳遞可以不通過通信雙方之間的空間，從而使通信絲毫不受通信雙方之間空間環境的影響，即它是完全抗幹擾的；第三，量子超光速通信可以使第三方無法進行幹擾和竊聽，信息載體可以只保存於信息的收發雙方處，因此它是保密性最強的通信方式。最後，量子超光速通信將完全是環保型的，不存在任何電磁輻射汙染。
當然，目前量子超光速通信的通信速率將受到意識識別時間(約為0.1秒級)的限制，一般只能為10bps，這在某種程度上將限制量子超光速通信的廣泛應用。但可以預計，通過對意識識別過程的深入研究，通過更先進的意識識別模擬技術和生物晶片技術的發展，量子超光速通信的通信速率將大大提高並使它得到廣泛應用。
量子超光速通信可以有幾種實現方式，按用以承載量子信息的關聯粒子源的位置可分為中間型、單端存儲型和雙端存儲型。中間型和單端存儲型都需要信息載體在通信雙方之間傳播，適於實驗研究，而雙端存儲型不需要信息載體在通信雙方之間傳播，更適於實際應用。
權利要求
1．一種量子超光速通信的實現原理，通過意識生物(包括人)對非正交(單或多)粒子量子態的可區分性實現量子超光速通信。
2．三種量子超光速通信的實現方式，中間型、單端存儲型和雙端存儲型。
全文摘要
本發明涉及一種新的通信方式——量子超光速通信，它屬於量子技術、生物技術和通信技術相結合的領域。本發明利用耦合的微觀粒子之間所存在的量子非定域(或超光速)關聯，並通過將量子動態投影原理與意識識別功能相結合來區分非正交(單或多)粒子量子態，從而提供了一種有理論依據、並切實可行的量子超光速通信方式。這種新的量子超光速通信是一種信息傳輸最快(線路時延為零)、抗幹擾能力最強和保密性最強的通信方式，它可以廣泛應用於未來的星際通信，並可以作為一種最安全的通信方式應用於商業和軍事等特殊領域。
文檔編號H04B10/30GK1316836SQ00105709
公開日2001年10月10日 申請日期2000年4月3日 優先權日2000年4月3日
發明者高山 申請人:高山