專利名稱：量子超光速通信的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于量子通信技術(shù)領(lǐng)域，它利用量子原理和意識識別功能來實現(xiàn)比光速更快的通信。
1935年，Einstein等人發(fā)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(guān)聯(lián)。1964年Bell在此基礎(chǔ)上提出了Bell定理，證明了量子理論的確導(dǎo)致量子非定域關(guān)聯(lián)的存在，并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(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)的存在，但是目前的理論(主要指相對論和量子力學(xué))似乎不允許利用這種量子非定域關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)量子超光速通信，具體證明可參見Eberhard,Ghirardi等。盡管很多人仍嘗試在目前理論框架內(nèi)實現(xiàn)量子超光速通信，如Herbert的FLASH建議，但他們并沒有成功，見Zurek。也有一些人設(shè)想利用非線性量子力學(xué)理論來實現(xiàn)量子超光速通信，如Gisin等，但目前的實驗并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(fā)明類似的想法，但未建立在充分的理論基礎(chǔ)和實驗基礎(chǔ)之上，并且他認為目前的理論和實驗似乎并不允許超光速通信的實現(xiàn)?？傊两裆形从腥颂岢鲆环N有堅實的理論和實驗依據(jù)并切實可行的量子超光速通信方式。
本發(fā)明的目的是提供一種比光速更快的信息通信方式。
本發(fā)明以EPR關(guān)聯(lián)粒子對作為信息載體，利用非正交(單或多)粒子量子態(tài)進行量子信息編碼，并通過將量子動態(tài)投影原理與意識識別功能相結(jié)合來區(qū)分非正交(單或多)粒子量子態(tài)，從而可對編碼的量子信息進行解碼，以實現(xiàn)量子超光速通信。其中，信息載體的產(chǎn)生及信息的編碼是成熟的技術(shù)，例如EPR關(guān)聯(lián)粒子對通?？扇」庾訉?，并可通過隨機參數(shù)下轉(zhuǎn)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(qū)分信息編碼中的非正交(單或多)粒子量子態(tài)目前仍處于實驗階段，但實驗上已顯示了它的可實現(xiàn)性。
下面我們給出量子超光速通信的實現(xiàn)方案。它包括兩部分，第一部分是利用意識識別功能來區(qū)分非正交(單或多)粒子量子態(tài)，依此我們可設(shè)計一臺非正交量子態(tài)識別儀，第二部分是利用非正交量子態(tài)識別儀這一核心裝置來實現(xiàn)量子超光速通信。
非正交量子態(tài)識別儀的實現(xiàn)方案如下。設(shè)光子為識別粒子，并且識別儀中的意識生物(如人類)通過訓(xùn)練后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(tài)為非正交單光子態(tài)ψA+ψB或ψA-ψB和ψA或ψB，其中ψA±ψB為光子的空間疊加態(tài)，ψA態(tài)為從A方向進入意識生物識別器官(如眼睛)的光子態(tài)，ψB態(tài)為從B方向進入意識生物識別器官(如眼睛)的光子態(tài)。設(shè)意識生物對確定態(tài)ψA或ψB的識別時間為tI，對疊加態(tài)ψA+ψB或ψA-ψB的識別時間(即識別時動態(tài)投影過程完成的時間)為tP，并且有tI＜tP，同時意識生物可以意識到tI與tP的時間差別。于是，當(dāng)輸入態(tài)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(xiàn)原理。對于多光子情況，我們可以利用實驗者腦態(tài)之間的量子關(guān)聯(lián)來完成超光速通信[12]，本方案的實現(xiàn)原理同樣適用?；颚譈態(tài)時，意識生物于tI時刻感知到光子從A方向或從B方向到達，他將識別結(jié)果產(chǎn)生的時刻tI作為識別儀的輸出2；當(dāng)輸入態(tài)為ψA+ψB或ψA-ψB時，意識生物于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(jié)果產(chǎn)生的時刻tP作為識別儀的輸出。因此，識別儀可以區(qū)分開非正交單粒子態(tài)ψA+ψB或ψA-ψB和ψA或ψB，或者說，可以區(qū)分開疊加態(tài)和確定態(tài)。當(dāng)然，具體的非正交量子態(tài)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(shù)來實現(xiàn)。
下面我們給出利用非正交量子態(tài)識別儀來實現(xiàn)量子超光速通信的實現(xiàn)方案。實際上，一旦我們可以區(qū)分非正交的(單或多)粒子量子態(tài)，實現(xiàn)量子超光速通信便是一件十分容易的事情，并且利用目前的實驗技術(shù)完全可以實現(xiàn)。這里我們利用EPR偏振關(guān)聯(lián)光子對作為信息載體，并通過操作偏振器件進行信息編碼來實現(xiàn)量子超光速通信。如圖一所示，頻率分別為v1和v2的偏振關(guān)聯(lián)光子對由源(即偏振關(guān)聯(lián)光子對的產(chǎn)生裝置)沿Z方向和負Z方向發(fā)出，然后光子v1先經(jīng)過光開關(guān)C1，再經(jīng)過單通道檢偏器π1，而光子v2直接經(jīng)過雙通道檢偏器π2，其中光開關(guān)C1可控制光子是否通過檢偏器π1，單通道檢偏器π1只允許偏振方向平行于X軸的光子通過，而雙通道檢偏器π2可允許偏振方向平行于X軸和垂直于X軸方向的光子都通過。光子v2離開檢偏器π2后在空間上分成兩路，然后從不同角度輸入到非正交量子態(tài)識別儀。
現(xiàn)在我們將說明如何通過這一裝置來實現(xiàn)量子超光速通信。讓信息的發(fā)送者A控制光開關(guān)C1，讓信息的接收者B觀察非正交量子態(tài)識別儀的輸出(如指針讀數(shù))。設(shè)雙方約定的通信規(guī)則為對于信息發(fā)送者，不對光子v1進行測量代表發(fā)送信息碼“0”，對光子v1進行測量代表發(fā)送信息碼“1”3；對于信息的接收者，通過非正交量子態(tài)識別儀識別到光子v2的狀態(tài)為空間疊加態(tài)代表接收到信息碼“0”，識別到光子v2的狀態(tài)不是空間疊加態(tài)代表接收到信息碼“1”。具體的通信過程如下當(dāng)發(fā)送者A想發(fā)送信息編碼“0”時，他就控制光開關(guān)C1讓光子v1不經(jīng)過檢偏器π1，而沿另一條路線自由傳播，這樣當(dāng)光子v2經(jīng)過檢偏器π2后將形成類似于ψA+ψB或ψA-ψB的空間疊加態(tài)。于是，接收者B通過觀察非正交量子態(tài)識別儀的輸出就可以知道光子v2的狀態(tài)是空間疊加態(tài)，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(jié)果產(chǎn)生的時刻作為識別儀的輸出。3當(dāng)然，為了減小識別誤差，我們可以采取冗余編碼，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(dāng)發(fā)送者A想發(fā)送信息編碼“1”時，他就控制光開關(guān)C1讓光子v1經(jīng)過檢偏器π1，從而光子v1被探測器D1測量，這樣關(guān)聯(lián)光子對的整體單態(tài)將發(fā)生投影。于是，當(dāng)光子v2經(jīng)過檢偏器π2后將不再形成空間疊加態(tài)，而相應(yīng)地投影為只存在于單個路徑上的類似于ψA或ψB的狀態(tài)，此時接收者B通過觀察非正交量子態(tài)識別儀的輸出就可以知道光子v2的狀態(tài)不是空間疊加態(tài)，從而將信息解碼為“1”。于是，通信雙方可按照上述的通信規(guī)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(tǒng)的亞光速和光速通信方式具有更大的優(yōu)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(guān)，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(huán)境的影響，即它是完全抗干擾的；第三，量子超光速通信可以使第三方無法進行干擾和竊聽，信息載體可以只保存于信息的收發(fā)雙方處，因此它是保密性最強的通信方式。最后，量子超光速通信將完全是環(huán)保型的，不存在任何電磁輻射污染。
當(dāng)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(yīng)用。但可以預(yù)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(shù)和生物芯片技術(shù)的發(fā)展，量子超光速通信的通信速率將大大提高并使它得到廣泛應(yīng)用。
量子超光速通信可以有幾種實現(xiàn)方式，按用以承載量子信息的關(guān)聯(lián)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，適于實驗研究，而雙端存儲型不需要信息載體在通信雙方之間傳播，更適于實際應(yīng)用。
權(quán)利要求
1．一種量子超光速通信的實現(xiàn)原理，通過意識生物(包括人)對非正交(單或多)粒子量子態(tài)的可區(qū)分性實現(xiàn)量子超光速通信。
2．三種量子超光速通信的實現(xiàn)方式，中間型、單端存儲型和雙端存儲型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新的通信方式——量子超光速通信，它屬于量子技術(shù)、生物技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的領(lǐng)域。本發(fā)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(guān)聯(lián)，并通過將量子動態(tài)投影原理與意識識別功能相結(jié)合來區(qū)分非正交(單或多)粒子量子態(tài)，從而提供了一種有理論依據(jù)、并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)、抗干擾能力最強和保密性最強的通信方式，它可以廣泛應(yīng)用于未來的星際通信，并可以作為一種最安全的通信方式應(yīng)用于商業(yè)和軍事等特殊領(lǐng)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(yōu)先權(quán)日2000年4月3日
發(fā)明者高山 申請人:高山