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哥本哈根诠释
史东 00:30各位朋友你好，我是史东。再一次地说一声，谢谢您按时地收看《八方论谈》这个节目。在今天节目中，我跟您谈的是一个我相信你一定听过的消息。但是您是不是一定有兴趣，我不知道。我相信您会有兴趣，就是这个在中国的量子通讯的这个事情。那么今天我们节目的定的名称就是——《量子通讯在中国》。
我们今天非常高兴，在节目中为您请到了王孟源王先生。王先生在大概两年以前，他在他的部落格中，连续有三篇谈量子力学的文章。那么这是在中国在 2016 年发射墨子卫星之前他就写的。那么中国有关于 2016 年发射这个量子卫星得到了很多人的瞩目，新闻上也有很多的报道。另外在今年的 9 月 29 号，中国也创造了世界第一条量子的保密的通信干线，他们叫京沪干线。那么回过头来，我再要谢谢王孟源王先生愿意花一点时间在节目中跟我们谈这个事情。现在我们就把王先生请入今天的画面。
王孟源 01:57美国的高能物理，在过去三十年走偏了。那么中国的物理界就没有办法注意到一些最新的、正确的发展。就是因为这些正确的发展没有成为主流，没有在最热门的、所谓最高端的物理期刊里面登出来，所以中国物理界没有注意到这些事情。这基本上是一个很重要、很基本的量子力学的解释。
从量子力学一百多年前被创立之后，一直都有人说真正懂量子力学的人是最困惑的人。这其实是因为当初量子力学刚刚建立的时候，它的教父 Bohr（就是丹麦的玻尔），他创立了一个所谓的哥本哈根解释。这个哥本哈根解释是完全错误的。一直到 1980 年代，物理数学界才真正理解到量子力学的正解是什么。那么因为我注意到中国的物理界一直都没有学习到这个进步，所以两年多前写了那三篇文章。解释过之后，马上就有读者来问我有关潘建伟的问题。潘建伟就是中国量子通讯的主要负责人，所以这说起来是一个相当复杂而且相当专业的的事情。我尽我所能来做到你所说的深入浅出吧。
量子力学当初的那个所谓哥本哈根解释是一个很大的问题。就是它有所谓的观察者，它把观察者扯进来了，从一个完全唯物的科学变成一个唯心论的说法。这就造成很大的误解。不但在科学界本身，而且在社会上也会有很多所谓的 New-age stuff。就是讲说：量子力学代表了我们人类去观察的时候会影响到被观察的世界。这当然是胡说八道了，这完全是因为 Bohr 搞错了。他的错误——我在那三篇文章里面也解释了——其实很简单的一个错误，说穿了就不值钱。但是因为在量子力学的前 80 年，其实都没有人可以搞清楚，所以它流传广。
史东 04:50你说量子力学的前 80 年都没有人搞清楚？
王孟源 04:55搞清楚量子力学的正确解释，这个叫做 Interpretation。
史东 05:00就是代表说那个时候都还在摸索之中，我这个理解对不对？
王孟源 05:05不是。因为量子力学第一代的教父 Bohr 把它的哲学解释错了。解释错了以后，大家就跟着将错就错，一直错下去。一直到 1980 年代刚好在哈佛，我的场论老师，就是 Sidney Coleman——他也是有心想要把这个错误更正的几个人之一，所以我才有机会接触到。要不然你只是看那个期刊的话，你不会注意到有这个进步。因为它不是登在最大的那几个期刊，所谓 Physical review，物理的几个重要期刊都没有登出来。
史东 05:50那我能不能这样子跟着问一下，就是您刚刚说在前 80 年，这个科学界或者物理界对于量子这个观念是有一种误解，到了 80 年代的时候才做出了一个比较正确的认识。那么这个正确的认识和当初的误解的差别是什么？
王孟源 06:17就是原本 Bohr 认为，量子力学有一个重要的转变。就是当你做观察的时候，那个所谓的波会...
史东 06:32就是观察者会影响被观察物的结果...
王孟源 06:38量子波会造成量子波的崩缩——这个是完全错误的。量子波的崩缩其实是与测量仪器接触。因为测量仪器是大量低温的原子，它没有不确定性。它跟这些你被测量的那个光子或电子的量子波接触以后，它把那些量子波的不确定性吸走了，稀释掉了，跟你的观察者没有关系，跟你观察者的心智在这里面没有关系。物理是一个很客观的科学嘛，所以你把心智、观察搞进来就会造成很大的危害。
史东 07:23你说过于主观吗？
王孟源 07:26对，就有很多人...在美国后来就有所谓的 New-age wave。他们就认为说量子力学的这个哥本哈根解释给出了证据，说我们我们心中想什么就能够影响外界的物体。
史东 07:51我听过这种说法，而且很盛行，在那个时候很盛行，就是说我们心里想到什么事情，然后在一种潜意识的一种力量会促成我们所想的事情的成功。
王孟源 08:10其实你只要想一想，就知道这是不可能。因为人类演化也才只不过是二十万年，在那之前没有人类，没有人类就没有观察者。这个宇宙已经有 130 多亿年的历史了，这 130 多亿年的量子波都是怎么进行演化跟作用的，对不对？所以这个问题... 其实 Bohr 在刚刚讲出来的时候，就有很多其他的量子力学的大师对他很不满。最不满的两个，一个是爱因斯坦，另外一个是薛定谔。薛定谔就举了一个例子，这个后来就叫做薛定谔的猫，我不晓得你有没有听过。
史东 08:55我在准备这个... 我看到说一个猫在一个盒子里，装一个盒子，然后一个盒子有个炸弹，这种比喻我并不是十分的了解。
王孟源 09:05这就是你当你看一个微观的电子或光子，它的量子波是有所谓的相干性，相干性的意思就是说它不是或正或负，而是又正又负。我们的古典的例子，你掷一个骰子的话，那个结果不是一，就是二，就是三，就是四，就是五，就是六——这种关系叫做【或】，只能其中的一个成立，一跟二不可能同时成立。但是在量子世界里面，量子波是可以同时占据不同的结果的，这种叫做相干性。这个相干性跟我们在巨观世界里面观察到的就不一样。所以你去做观察的时候，必须要有一个转变。你如果去观察单个电子或一个光子的时候，这个电子跟光子从（微观来看的）相干到我们现在巨观来看去相干... 就是没有这种相干性，就是不能同时有不同的结果，只能是正或负，可能是一，或者二，或者三，或者四，或者五，这跟量子世界是一个很大的不同。这就是 Bohr 错误的关键。他认为这个转变是来自观察者的心智。这个观察者做了一个很神秘的动作，这个动作叫做观察。当你的两只眼睛瞪上去的时候，这个量子波会崩溃掉，会影响量子波。
量子相干性
史东 10:56我现在想趁这个机会了解一下，因为我想把这个框架先弄清楚。这几个名词，这是一个是非题，我先提出来我的了解这几个名词之间的关系。第一个是这个量子物理 Quantum physics，这里面有一个非常重要的一块叫做 Quantum mechanics，叫做量子力学。这个量子力学里面有一个非常重要的特性，叫做 Quantum entanglement。你刚刚讲的有点这个是不是这个，就是所谓的量子纠缠？
王孟源 11:43不是。我讲的那个叫相干，Entanglement 一般翻译成纠缠。
史东 11:53那么因为这个（量子力学）有非常不寻常的特性，你刚才讲到这个电子，就是掷骰子的这个比例，不是只有一个选择，（而是）或者二，或者一，或者六，反正不是只有一个选择，而是它们会同时出现几个选择。因为这个特性，然后有了所谓的这个 Quantum computing，就有量子计算机。Quantum 这个Artificial intelligence，就是量子的人工智能。还有今天我们谈到的 Quantum communication，就是量子的通讯，以及另外一个很热的话题，就是 Quantum network，就是量子网络。我这个理解的框架是正确的还是不正确？
王孟源 12:37没有错，我再补充一点。从量子力学创立以来，大家都说量子力学跟古典力学差别很大。跟我们日常的经验——我们日常就是在古典、巨观的世界里面——有两个最大的差别。
量子力学有两个最大差别，第一个是它有所谓的相干性。就是我刚刚解释过的，它可以同时处在不同的态里面。我们掷骰子掷出不同的结果，就叫做不同的态。我们在古典世界里面只能够选一个态存在，所以虽然一开始有不同的可能，但是一旦做出决定以后，只能够有一个态。量子世界里面是可以相干的，相干的意思就是它可能同时存在不同的态，这是第一点。
第二个就是纠缠。纠缠是指有两个不同的粒子，两个粒子它们的那个态之间不但是相干，而且是纠缠起来。比如说我现在有两个电子，这个电子所谓的相干性，就是它可以同时是正或者是负。这个正是指它的自旋，它的这个自旋旋转是顺时针或者是逆时针，它不一定是非要正的或负。在古典世界里面是要是正是负的，但是在量子世界里面它可以是正，可以是负，可以是又正又负。
史东 14:11又正又负是什么样子，有时候自转，有时候反着转？
王孟源 14:15不是有时。这个就是你没办法用我们巨观世界的直觉去理解它。事实上就是很奇怪，它可以同时是正同时是负，而这个正跟负之间还可以有一个相位，所以这个是很奇怪的事情。这还是只有一个电子的时候。如果是有两个电子的时候，这两个电子的正跟负之间还可以纠缠起来。就是你可以说，你可以想办法把它弄成：如果这个电子是正的，另外这个电子就必须是负的，但是他们同时都是又正又负，但是电子一的正必须要对应到电子二的负，电子一的负必须要对应到电子二的正。
史东 15:13如果照你这样的解释，如果再加入第三个电子，会是一个什么现象？
王孟源 15:18那就是这个纠缠就可以更为复杂。所以他们现在讲量子计算... 你要讲量子通讯，应该从先从量子计算开始。这个量子计算... 量子通讯的问题就是为了要保密，通讯要保密。那为什么我们会想办法弄这么复杂的东西来保密？
我们原本目前的这个保密都是用数论来做的。数论里面，你如果有一些密码，现在比如说常用的有 128 bit，每个 bit 是一个二进位的，就是能是零或者一，2 的 128 次方个可能。因为 2 的 10 次方跟 10 的 3 次方差不多，就是 1000 左右... 那你可以估计一下，这大约是 10 的 39 次方，是一个非常大的数字。就是你随便选一个密码的话，你如果是硬猜的话，你要猜 10 的 39 次方个才会猜中，这当然是很好的保密。但是为什么量子计算机会促成改变？就是利用这个电子在量子力学里面有相干性，它可以同时是正是负。你如果搞 128 个电子来，每一个电子都可以是正或者是负，那它同时一个混杂的相干的量子态，就可以一次去尝试 2 的 128 个次方的密码，它就可以很快地把这个密码破解。我们现在常用的这种硅晶片，它所用的是这个所谓的 Von-neumann algorithm，它基本上是一个古典的数学的计算。我们在这里讲古典（相对量子）的意思就是它没有相干性。没有相干性的意思就是说所有的结果都是确定的。你叫这个 Windows 跑一个计算，你这一次开机然后从头跑一个计算，跟关机以后重新开机让它再跑一次计算，结果是完全一模一样。
史东 17:48我这个观念对不对？就是它这个传统的（算法）是死的...
王孟源 17:55是死的，只能够试一条路。
史东 17:59相对来讲，这个量子的这条路是是永远在变的，是活的。
王孟源 18:05量子世界同时可以变许多路。因为这个相干性，它那个电子可以同时在正态跟负态，就是这个我刚刚讲的量子力学里面的相干性。所以你如果要尝试密码的话，你用我们这种传统的电脑去试，一次是一个的密码。当然现在的电脑非常快，在这里 4 个 Gigahertz (GHz) 赫兹就是每秒可以试40 亿次，大概就是10^9、10^10。这看起来很快。但是你如果你的密码是 128 bit 的话，它有 10^39 的可能性。这时候你这个计算力就不够了。即使你用到超级电脑，那个超级电脑它的每秒的计算力也只不过是到 10^20 左右。那跟10^39 比起来，还有10^19 的秒，10^19 秒是比宇宙的寿命还要长一点。
史东 19:08因为在准备今天的这个内容的时候，我也因为我数学不是我的强项，我相信你也知道。就是次方这个东西，二次方、三次方是一个很大的数量。
王孟源 19:28对，所谓的这种 Power，就是讲到次方去了，这个数字就涨得非常非常的快。我们讲到所谓的 100 万，只不过是10^6，对你涨到10^9，就是 10 亿了，讲到10^12…
史东 19:50对，这个例子举的非常好。因为我们光讲几次方的话，可能这个观众或者听众没有办法意识到这个量有多大，对不对？
王孟源 20:00你想想看，我们宇宙的整个寿命也只不过是 137 亿年。没有多少，10^10 年。那一年也只不过是10 的几次方个秒，你算起来宇宙的生命还不到 10^20 秒。这个就马上数字一下就非常大了。以前佛经里面讲恒河沙数，恒河沙数大概也就是10^10、10^11，没有多大。这个 Google 的意思就是10^100，这已经超过整个宇宙里面原子的数目。整个宇宙的原子的数目，我以前在我的部落格估计过，大概是 10^80。所以 Google 其实是一个野心很大，口气很大的名字。Google 这个数字超过了整个宇宙原子的数目，10 的 100 次方。它的意思就是说他们能够看到很多很多的网页，实际上有点夸张。
物理尺度
史东 21:07我还有一个基本的概念想跟您沟通一下。王老师，就是这个量子和原子之间的关系是什么？因为我们提了原子，知道电子、中子、质子这些东西。但是量子只是一个新的观念吗？还是一个随着电子而产生的，他们之间是不是有一些关系？
王孟源 21:30是这样子的。我学物理得到一个最大的、最重要的概念就是尺度的问题。在不同的尺度下会有不同的规则。我们一般人都是生活在大概一米左右的这个尺度上，所以我们所熟悉的这个世界的规则，都是在一米左右的这个尺度上适用的。但是你如果是缩小到一个纳米，就是 10^-9 米，这个时候它的规则就不一样，这个规则就从我们常见的古典力学变成了量子力学。量子力学就会有相干性，这其实是因为量子力学的这个相干性，在我们常见的这个尺度下变成不重要了。你其实可以计算量子力学跟古典力学差别的那一项，那一项随着尺度的增大就越来越不重要。所以我们现在所生活的这个古典的世界，我们完全不需要用到量子力学。只有我们在关心尺度是在一纳米左右的时候或者更小的时候，才必须要用到量子力学。
史东 22:58就是在那个在那种空间之下，才受到量子力学的...
王孟源 23:03量子力学的修正，跟古典力学差别的那一项才变得重要。就是量子力学其实才是正确的理论，我们这个巨观世界其实也是遵守量子力学的。只是在我们这个尺度下，有一个近似的理论。这个近似的理论就叫做古典力学。它的数学要比量子力学简单得多，所以我们一般就使用古典力学。我们一般人的生活的直觉也都只是古典力学。
史东 23:33有没有人请教过你这个问题：为什么今天在你所谓的古典的这个环境之中，和量子力学的环境之中，为什么我们古典力学的环境中不会有你刚刚描述的量子力学环境之中的这种现象？
王孟源 23:52因为量子力学里面有一个变量，有一个常数，它这个常数一般都是写成 h，它这个常数就定义了量子力学一些特殊性，就是相干性跟纠缠性会比较重要的尺度。而这个尺度就刚好对应到在我们生存的这个温度，就是大概 200-300k 以下是对应到大概一纳米左右以下，在尺度越来越大之后，当接近一米的时候，那个修正项其实是可以写的出来的，但那个修正项就变得非常不重要。这个不重要的原因就是因为那个常数，我们通常就是把它写成 h 。
其实如果常常看新闻的时候，有一些科技新闻也跟这个常数有关。就是最近世界的度量衡的工具... 比如说以前公制的定义是一块白金跟一种所做的非常钝性金属所做出来的一块标准砝码，定义成公斤。他们在明年要把它改成用我刚刚说的这个 h 常数来定义，原因是为什么？因为他发现 100 多年前法国做了那个砝码之后，在过去这 100 年它至少增重了大概 50 微克。就是明明这个这个金属是钝性的，它应该不会跟氧气有作用氧化，但是莫名其妙的就是它还是增重了，而且可以确定是这样。
史东 26:00就是过去 50 年 (100年)，因为这个砝码放在那边变重了
王孟源 26:06变重了以后，一个标准会随时间变重，那这个标准不得了。而且一公斤里面变重了 50 微克，大概是 10^-7 的精度误差，这是很大很大的。你有很多先进的科学跟工业应用需要更大精度。所以如果大家常常看这些科学新闻的话，在未来这一两年会常常会看到这个世界的度量衡主管的单位的协会正要重新定义公斤的意义。定义的时候就是用量子力学的常数来定义。但这样一来... 因为这种所谓的常数，它的“常”就是放诸四海而皆准，而且不随时间的改变，对时空没有影响，随便哪里这个常数永远都是同一个定值。所以这当然是要比一个会随在一百年内增重，零点零零零零percent 的那个砝码要好的多。
我们讲到这些量子问题，刚刚你是问说为什么有些时候我们会用到量子力学，为什么有的时候不需要用到量子力学？其实完全就是一个尺度的问题。当你测量的东西是很轻而且很小的时候，通常就会有量子现象出现，就是不能忽略。我们平常生活中的事件，丢一块石头，为什么它没有量子现象？其实它是有的，只是那个量子现象非常非常小，它这个修正项是修正了 10^-20 左右，那这种精度你的实验是测量不出来的，那就没有意义去了解。
史东 28:04那么换句话说是越微观，它的影响力相对来讲就越大。
王孟源 28:10对。事实上如果不是量子力学的话，如果我们的古典力学的规则一直走到很小的尺度去的话，原子根本就不能存在。原子之所以存在，是因为电子没办法塌陷到原子核里面去。你可以想象电子是在那个原子的外围这样绕的嘛，对不对？但是它们的那个电荷是相反的，应该是互相吸引才对。那为什么电子不能够一头栽进这个原子核左右里面，就是因为有量子现象。量子现象的基本就是说它有量子波。那有量子波的时候，它就不完全是一个点粒。而且这个量子波随着你的质量越轻，它的宽度波长就越大，也就是它宽度越大。所以电子基本上它的这个叫做 Constant wavelength，就是它的最小的波长就是我们一般所说原子的大小也就是 0.1 纳米左右。
量子的含义
史东 29:20当然我们今天讨论到现在，有些是我节目一开始没有意料中会讨论到，但是我觉得非常有意思，但是我就暂时稍做这个... 我们回头继续讲下去。所以说照目前我跟你的这个交谈，那么量子这个东西并不是一个像电子或者是原子这样的并不是一个粒子，而是一个 Energy。
王孟源 29:57量子是一个观念，是一套数学模型，是一套理论，这一套理论能够解释微观世界的物理作用。它这个名字原本是取自量子，这个量子的意思是一开始——这都是很早很早，在 20 世纪刚开始的那 10 年——他们注意到黑体辐射。这个黑体辐射就是听起来好像很奇怪，其实说穿了很简单，就是你把物体加热以后，它会发光的现象。像我们以前的旧的电灯泡，基本上就是加热，一直热到它发光嘛，或者你打铁那个铁热到一个程度就会变红，对不对？这种辐射是所谓的热辐射，这个热辐射就是所谓的黑体辐射。但是他们发现这个黑体辐射有一定的波长的 Spectrum，就是分配。这个当初是没办法解释的。
后来是爱因斯坦... 爱因斯坦只得过一个诺贝尔奖，而他这个诺贝尔奖不是为了他的狭义相对论或者广义相对论而得的，而是为了他解释黑体辐射的那篇论文而得的。他解释黑体辐射的论文就是最早量子力学的应用。当时还没有完整的架构，所以他还不了解这些什么复杂的相干性，或者是纠缠性的问题。当时所注意到的特点只是莫名其妙的，这些小的粒子，他们的能量、能级是有台阶的，而不是连续的。那这个台阶就是一次只能增加这么多能量。一次只能增加这么多能量，所以这个台阶他们就叫做 Quantum，就是量子的意思。所以量子力学的名字是从那里来的。
史东
所以说这个中文的翻译有一点点误导，对不对？量子的这个词让人家感觉这是一个 Particle。
王孟源 32:20其实它的意思是说有限的能阶，而不是连续的，就是 Discrete。Quantum 的意思就是Discontinuous、Discrete 的意思。所以它的名字是从量子物理... 刚开始还没有建立量子力学，因为量子力学大概从 1900 年 Planck——刚刚讲了很多次那个 h 常数，叫做 Planck 常数——是第一个做量子物理的人，从 Planck 开始，然后接下去爱因斯坦跟着做。那时候叫做量子物理，主要就是因为他们第一个了解的特性是它这个不连续的特性。但是后来等到到 1920 年代，就是 20 多年之后，整个量子力学确立的时候，他们了解到真正奇怪的... 量子力学真正奇怪的特性是相干性和纠缠性。我们刚刚讲到这个，为什么我们目前的这些通信加密的问题会面临一个危机，就是现在这个量子计算机可以利用相干性的问题。你如果有 128 个电子，每个电子都可以尝试零或者一，它可以同时尝试——因为这个量子力学的特性，它有相干性，所以它不是零或者一，而是又是零，又是一。那你有 128 个...
非定域性和贝尔实验
史东 34:01因为我们节约时间，我想就您刚刚讲的，作为一个结论，就是说现在为什么需要有量子通讯这种需要，量子通讯能够解决最大的问题就是能够保密。所谓保密就是在说两地之间不必要有直接的联系，可以用近光速，或者几乎他们叫超光速的这个方式，由一地之间的改变，你可以确认另外一地，他做相对应的改变。不是同样的改变，而是相对应的改变，对不对？
王孟源 34:35这个其实这又扯到另外一个非常复杂的问题，我写了好几篇文章，包括三个月前在观察者网写了一篇文章。基本上是我希望能够为中国物理界做点贡献。因为他们对这个问题似乎没有理解，所以我把我以前在哈佛刚好跟 Sidney Coleman 所学到的一些东西，然后我自己想出来的一些东西综合起来，把它写成了一篇文章解释，这个是所谓的非定域性。
量子力学的非定域性，就是当你两个东西纠缠的时候... 我刚刚举过例子，这个电子一如果是正，你可以要求电子二是负。电子一是负的时候，电子二必须是正。它们同时都是又正又负。但是这里面又有这个限制，就是必须要相反。你可以想象把这两个电子拉得很远，拉到 100 公里、1000 公里的时候你去测量。如果这个人量到这个电子是正的，那他立刻就知道 1000 公里外另外一个实验室去测量的必须是负的。因为纠缠性这个特性就是一种超光速的现象，后来人家做了很多研究，发现这个超光速现象不能够用来直接送讯息或者能量，所以并不是明显地违反了相对论。这是很奇怪的事。
史东 36:23所谓违反相对论，你的意思就是相对论说这个速度没有办法超过光速，光速是速度的极限，是这个意思，对不对？
王孟源 36:33对，但是这个还是很奇怪的。虽然相对论本身并没有要求这种现象不能存在，但是爱因斯坦在推导相对论的时候做了一个基本的假设，叫做 equivalence principle，就是等效原理。他是从等效原理推导出整个相对论来的。等效原理却假设了这种现象不能存在，这就很奇怪了，对不对？所以爱因斯坦一辈子对量子力学有两个很强的质疑。第一个是他对那个 Bohr 的——刚刚我说过的—— Copenhagen 解释很不满，因为 Copenhagen 解释就是错的。不过这个正确的解释是... 爱因斯坦在 1955 年去世的吧，还是 1956 年去世。
史东 37:40是不是爱因斯坦知道那是错了，但是他相对也提不出来什么是正确的
王孟源 37:44对，找不出替换。在 1980 年代才搞出了所谓的 Quantum decoherence，就是量子去相干。
史东 37:55有一句话是不是爱因斯坦说的，我不知道，我在收集资料的时候，看到的时候，有一句话说：如果你说你懂 Quantum mechanics 的话，这代表你不懂 Quantum mechanics。
王孟源 38:13我不知道是不是爱因坦说的，但是的确在 Quantum decoherence 出来之前，这是一个正确的说法。而且也常常有人这样说，是我常听到的一个版本，是越懂 Quantum mechanics 的人、越懂量子力学的人就越困惑。
史东 38:35我把这个话题再带回到，就是刚才您解释为什么需要有一个 Quantum communication 的这个需要。一方面是因为两边可以就是可以保密，基本上就是可以保密。
王孟源 38:50基本上就是为了保密，而不是为了那个超光速。不过这个超光速跟它却还是有关系。所以你给我五分钟，我解释一下。
爱因斯坦对量子力学的第二个问题就是这个超光速的问题。这个我们专业里面叫做非定域性 Nonlocality。非定域性或者叫非局部性是违反了爱因斯坦推导相对论的等效原理的假设，所以爱因斯坦一直都觉得很奇怪，所以他就提出了一个理论。这个是在 1927 年吧，他提出了一篇很重要的论文。这篇论文在行业里面叫做 EPR，这个 E 代表爱因斯坦，那 P 跟 R 是另外两个共同作者。他的假设是说，量子力学其实只是一个表象。它的底下里面还有一个更基本的理论。这个更基本的理论是遵守定域性的、或者局部性的。只是因为它有复杂的作用，我们只看到它的表层。就好像那个洋葱外面那一层看起来绿绿的，那层剥掉以后，里面就没有绿色了。他就做这个假设。所以一直到他死 1955 年，一直到他死，他还认为这是正确的解释。
但是到了 1960 年代，有一个很了不起的物理学家叫做贝尔 John Bell。他是爱尔兰人，他针对这个问题做了很深刻的思考。然后他就说这个其实是可以做实验来验证的，为什么？他就说如果爱因斯坦的假设是对的，就是量子力学的外壳被剥掉以后，它的深层里面、底层里面没有这个非定域性的话，你做实验会发现某一个特别的量。这个就是做什么实验... 这个实验就是我们刚刚讲的，你把这个两个电子或者两个光子做纠缠，然后扯开来，然后同时来做测量。你做这个实验的时候，会有一个统计的数字，这个统计数字永远都不能够超过 2——它定义了一个量，这个量永远都不能够超过2。那你只要去做实验，如果这个实验的结果发现这个统计结果是超过 2 的时候，你就知道爱因斯坦假设是错了嘛，对不对？这些实验后来就叫做贝尔实验。
为什么我绕了这么一大圈来讲这个？因为量子通讯基本上就是贝尔实验，就是潘建伟他本身就是做了一辈子的贝尔实验。我还在念博士的时候，这些人只能够把两个粒子弄到几公分开。在过去的这 20 几年、30 年，他们能够把两个粒子弄到 1000 公里外了。 这样一来你就可以用来做通讯。这个的特点是什么？不是那个超光速的的性质，这个超光速的性质是在历史上引起大家会有兴趣，有理论跟实验兴趣的原因。但是在实际上量子通讯上，它这个超光速的性质是无关紧要，没有用的。
我绕了这么一大圈来解释，除了这个历史上的源头之外，还有一个很重要的要点大家必须要记住。就是这个贝尔的实验测量值是一个统计上的数字。就是你一对光子或者一对电子，是没办法做通讯的，你必须要一直送这样一对一对的，这样送出去。送出去的时候，可以是直接用激光跟那个墨子卫星做联系，也可以是用激光、我们的传统的地面的光纤通讯。但是只有一对是没办法统送什么讯息的，0 跟 1 都不能够送。它这个必须用统计的方法来确认。就是你要送好几十对或甚至几百对，才能够确认一个位元。
密码学和量子通讯
王孟源 44:10这样一来，我就可以解释我接下来要跟大家讲的一件事情。就是原本我不是这方面的专家。因为我虽然懂量子力学，但是这个量子通讯其实是 Cryptology，就是保密学。只是用量子力学来做保密学。我对保密学是一窍不通，没有学过。我两年多前出写了那三篇文章之后，有很多读者就问我有关这个量子通讯的事情。所以我也去了解了一下。然后后来我的有些文章后来在观察者网，上海的一个新闻网站发表。
他们的科学编辑是一个很有意思的年轻人，是数学科班出身的——我觉得这很好。因为做新闻的，你如果要报告科学新闻的话，最好是科班出身的。而且他有很好的 Skepticism，就是质疑的态度。我觉得要作为一个好的科学家，最重要的人生态度就是 Skepticism。你不会迷信权威，不会迷信人云亦云这样子。他跟我在过去这两年就讨论了这些事情。然后他所收集到的资料，当然比我看到的还要多很多。上个月他才刚刚拿了一篇论文来给我看，这个我看了以后吓一跳。然后按图索骥去看了一些其他的论文，我才了解到这个量子通讯，就是潘建伟这些人他们吹嘘的过了头了。就是理论上，你用这种贝尔实验把一对光子这样子纠缠起来的光子送出去，然后两边测量，理论上是可以做到绝对保密，就是绝对不能够有外人在中间的拦截。为什么这个很重要？
历史上在冷战的期间就有很多这样的例子，尤其是美国跟英国，特别喜欢搞去这种拦截人家情报。一个很有名的例子：你知道苏联的太平洋舰队的总部在海参崴，你从海参崴要跟莫斯科联络的话，整个西伯利亚的冻原，你如果要挖一条沟，然后埋下电缆的话，这个工程量非常非常的大，因为它都是永冻层。所以最简单的办法就是用他们的破冰船到北冰洋这样绕一圈，后面跟着一条放海底电缆的船，这样就是绕一圈从北冰洋过去。后来在 1980 年代，它就这样建了一个高速电缆。然后他们就觉得电缆在海底不可能有人去拦截嘛，对不对？美国人就说我非要去拦截不可。那非要去拦截，有钱、有时间、有技术你就能够做到。只要是物理上可能的，工程上就能够做到。它就真的派了一艘核子动力潜艇到了那边。先从海参崴观察电缆入海的地方、在港口入海的地方；然后由着蛙人就沿着这个电缆这样一直出去，沿到北冰洋出了这个... 找到一个适合的潜水的地，那个水比较浅，然后可能也是在它的领海之外的地方放了一个他们特别制造的机器——就是不需要切断电缆，只要把那个机器放在那个电缆外面，他们就能够读电缆里面经过的那个信号；这个从此之后，一直到大概 2000 年左右，这个消息终于泄露，他们这个 10 几、20 年之内，每隔一段时间就有核子动力潜艇派蛙人去换电池，然后收集磁带。这样子基本上苏联跟俄国的太平洋舰队跟莫斯科之间的通讯，每一个讯息 NSA 都有的。
几年前泄露的这个 NSA 在全世界他们利用美国的大企业掌控了储存，还有所谓的 Router 这种技术。就像 Cisco 是全世界的 Router 的大头，数码通讯的大头，它在那边都是一定开了后门的，所以让你去拿这个... 中国如果要确保他的通讯，政治跟军事上的通讯不被美国人窃听... 你看美国 NSA 的这个努力是不懈的，光它家里面就养了几百个数学家，专门就是搞破解密码。而且 5 年前他们还居然说服了世界制定密码的那个组织，采用了一个假的标准。就是大家以为看起来好像是无懈可击的密码标准，其实 NSA 的数学家有后门。他们的数学研究比学术界还要尖端，结果全世界用这个密码标准的人，都等于是敞开来给 NSA 看。全世界最大的资料中心，数位资料中心就是 NSA 在美国中西部所搞的一个资料中心，那个资料库有几个足球场那么大。全世界所有的数位通讯，所有在 Internet 跟你的 Cellphone 通讯通通都录下来，这真是可怕到极点。中国要做到这个，他第一个... 你想他为什么当初那么大力去扶持华为，并不是因为华为是一个官方机构。华为其实是一个私人机关、私人企业，但是他去扶植华为跟中兴就是为了要取代 Cisco。
史东 50:52对，他没有办法，他知道这个事情，对不对？
王孟源 50:55对。然后你现在过去这十年，他们基本上也把微软的这个 Window 完全排除掉了。就是你这个官方的电脑，银行界用的电脑都必须要用他们国产的作业系统。他们现在最后的一块硬骨头是 CPU。 就是 Intel 的 CPU 大家都知道里面是有后门的。就是他公开地告诉你，我就是有后门，但是你还是非用不可，因为他就是有独霸。所以现在中国军工、银行这几个非常重要的行业里面所用的电脑，他们的 CPU 已经都开始换装为几个国产的的 CPU。即使他们比 Intel 要弱一点，也非要用的。这些通讯里面你要保密，要保密是...十几个二十个环节里面，随便有哪一个环节是弱点就会被敌人攻破，你有 19 个环都是无懈可击，但是最后一个环是有弱点的时候，毫无意义嘛，对不对？所以最后，他们的眼光就看到从苏联太平洋舰队的通讯电缆的那件事情，可以看到你的这个卫星通讯跟长期的光缆通讯其实是很危险的。卫星通讯它可以在这个你的卫星的后面放另一个卫星或者前面来拦截你的通讯，或者是你的光缆，他们可以雇间谍来挖一个坑，然后放一个拦截器。那这种东西只有你想不出来的，没有他们做不出来的。
如果你要确定这些事情不能做的话... 潘建伟就注意到他以前做这个贝尔实验可以用来做量子通讯。这个量子通讯... 目前因为量子通讯比较有困难，它不能够整个所有的信息都（用量子通讯）。我们现在常常一送就是几个 Terabyte ，Terabyte 就是 10^12，已经是电影的的级别。但是你不可能全部都用量子通讯的方法来保护。所以他们保护其实就是那个密码，他们送的这个密码，就是几百个或者几千个 Bit。有了这样子的，即使被拦截之后，这个密码如果是好好地保护住，即使被拦截了，他们这个 NSA 的超级电脑，即使是有了量子计算机，仍然没办法在很快的时间破解。你如果能够保证它在未来一百年不能破解的话，那就跟完全不能破解没有差别嘛，对不对？这个通讯等到一百年之后你才能够读，那没有什么意义了。但是我刚刚提到说，我最近看到的一些论文，我才了解到，正是因为贝尔实验是靠的是统计上的手段，这个统计上的手段就带来一个很大的不确定性。就是你测量的如果不是百分之百的所有的电子对或者光子对的话，你去测量这些统计上的性质，就会跟实际上有偏差。
就是你去做统计的时候，如果 Sample 取得少的话，就有可能得到误差，不太对的情况。所以后来人家就开始算说，你这个 Sample 必须要占所有的光子对的百分比要做到多少，才能够无懈可击。目前有些论文是说必须要 60%，那这 60% 是不可能在实际工程状况达成的。比如说你这个卫星通讯，这个两个激光在几百公里外互相照射，不可能有 60% 的光子都被接收到。这个够做到 1% 是可以的，10% 目前就都还做不到。你这个光纤通讯，几百公里的个光纤通讯比较好一点， 10% 可以做得到。但是 50% 是绝对做不到的。那这么一来，理论上你这个就做不到无懈可击。那只要理论上做不到无懈可击，工程上 NSA 就绝对会把你打破。不过我现在再说一句，这个是目前最尖端的研究，这些论文都只是一家之言，他们还是有不同的意见，还在争论之中。所以做个总结的话，就是说有可能不是无懈可击。
那要搞清楚，即使是学术界也没有结论。中国就是除了在做这些工程跟实验上的研究之外，必须在这种量子加密学...这是一个非常非常尖端的学术，目前大概只有不到个一百个专家，世界上不到一百个专家在里面，他们必须要投入，必须要把搞数学的，搞物理的的找来一起投入，来做研究，搞个清楚。要不然你再搞出一个情况，就是你的学术理解比 NSA 差一截，那你就完蛋了，对不对？你认为是无懈可击的东西，NSA 发现有一些（漏洞），那更危险。这其实比没有量子通讯的要糟糕，对不对？你如果事先就知道，有可能被破，跟自己以为无懈可击可是实际上有个漏洞，那这后者反而是更加不好的。
我想中共他们的领导人是非常聪明的，目前看来这些炒作其实就是潘建伟自己的炒作。但是最糟糕的其实是一些想要搭便车来圈钱的人的商业性操作。真正官方实际上投资是有限的，他们目前就是一个量子卫星，这个是什么性质？是所谓的技术原型的性质，就是目前只是在验证这个技术，他们没有确定要推广去使用，还没有到完全最后工程上运用。这个墨子卫星，其实只是确定说第一步能不能做得到，好像技术可以做得到。你这个光子能够接受率是多少，测量一下。目前是 1% 左右、2% 左右，还没有确定要把它应用到什么地方。
史东 58:37所以说理论上他们可以做得到，是不是？
王孟源 58:43先确定工程上可以做到这一步，然后是不是需要再继续投资做下一步。要先在理论上解决是不是真的无懈可击。这个理论上的定论还没有达成。其实我刚刚提到观察者的那个原本学数学的编辑，他姓孙。我就跟他建议说，用观察者网的名义去联系我看到的一篇论文里面有一个中国籍的作者，叫做 Liu Qin，他是在挪威科技大学做研究。我说请你联络他，看他能不能写一篇科普的文章。这主要原因是，一方面需要有这样的专家出来讨论，另一方面是我自己也好奇，因为我不是Cryptology 的专家，必须要有 Cryptology 的专家来写科普的文章，我才能懂。他的论文的结论，我可以看得懂，但是他的论文的对错，他的逻辑我就没办法去验证。我不是专家，就没办法说你这一步讲错，逻辑推演错了，或者这步逻辑很有道理，以前的人得到不同结论，是因为这里没有想到。这个我都没办法做。所以我是建议他去找这位 Liu Qin 先生写文章，好像还没有出来，所以不晓得是怎么样。
我希望能够再有这些研究，能够最后能够有个定论。不过目前中国这个量子通讯炒的这么热，其实主要是圈钱嘛。因为中国有连续 30 年都是 10% 每年的成长，所以大家都是想要赚容易钱，都是想要赚快钱。而且那个钱之多、资本之多的、游资之多，所以很多人就是到处找热门的名头。像上一次有一个所谓的巴铁，就是巴士铁路，就是一个两层的巴士挂在铁路上，然后底层是空的，所以车子可以从底下走。那个很明显的就是不靠谱的东西，但是还是有人想办法用那个来圈钱，对不对？所以现在只要是有什么东西搞出了一点知名度，什么科技的、新的东西搞出了知名度，中国就有商人想要出来圈钱。
史东 1:01:23这就是游资太多了嘛
王孟源 1:01:26游资太多了，而且大家都习惯了赚容易钱，赚快钱。所以前一段时间还有一个做量子通讯的研究人员人员被暴力挟持，他还出来说这个某某公司的董事长威胁他怎么样怎么样，要他出面合作怎样怎么样的。这个其实并不是因为那个公司有什么技术什么的，他们只不过是想要把这些技术人员扯上来做个顾问，然后这样子他们能够到处去圈钱，去骗钱。这里我们谈的钱是几亿、几十亿、几百亿的钱，他们什么手段都可以做得出来。实际上这个技术有它的意义，如果能够成功的话，是确定一个保密系统的一个很重要的环节。但是目前理论都还没有完全建立，还没有定论说是不是真的无懈可击。所以我觉得都还是言之过早。目前我们看到的这个墨子卫星，事实上只不过是工程验证的第一步，也就是中共在做这个研究，按部就班做到这一步了，我觉得是很合理的。就是因为这是一个全新的东西嘛。你要做最后的决定——目前还没有做最后决定——要做最后决定之前，要先知道第一个理论上是不是真的无懈可击，第二个工程上是不是能够做得到，最后是在经济上是不是有效益，对不对？但你这只不过是在工程上验证的一步而已，那大家不要做过度的解读。他的意义也只不过是为了在国家级的绝对机密，面对 NSA 的这方面的保密的诸个环节中的一个环，事实上没有太大的商业价值。
史东 1:03:30是。现在目前这个我想不出有任何的商业价值，因为这个成本也太高了
王孟源 1:03:35成本极高。而且他所面对的不是那个普通的商业黑客嘛，不是那个一个、两个商业黑客，他这个有用是会面对像 NSA 这样子恐怖的，这是国安层级的事情。不但是国安层级，而且是世界两个超强之间才有意义的。超过这两个超强，就其他不需要
史东 1:04:00我想了解一下王老师，就是你刚刚提到这个丹麦的那位专家写论文的时候，我意识到一件事情，就是在全世界对于这个这个 Quantum communication，就是量子通讯，这个特别是这个解码或者是保密这方面的这个事情。从媒体里看起来，中国在这方面的研究还是在全世界的领域之中算是在前面的。
王孟源 1:04:35我不是这方面的专家，我的印象是传统的 Cryptology，中国是很重视的，所以有相当的专业。
史东 1:04:45我接下来还有一个就是说，如果这个保密这个事情是有一个世界级的 Consortium 来完成，那么它的保密的这个机制有多大，你懂我的意思吗？
王孟源 1:05:05因为大部分这些所谓的世界级的管理机构都是在美国的嘛，所以它很容易被 NSA 渗透。那 NSA 也的确在五年前渗透过了。渗透过之后，一些大学教授出来，后来被那个 Snowden 泄露出来。是因为 Snowden 泄露出来，大家才知道有这种猫腻。但是事后大家出来骂一骂，你又能怎么样，对不对？
史东 1:05:35对，我的意思就是说从中国的政府的角度来看这个事情。如果今天你整个的 Technology，整这个科技还是要仰赖世界，就是中国外面的这个 know-how 这些知识来完成的话，对整个的中国的保密的这个钳制性就会有问题嘛，不是吗？
王孟源 1:06:04你说到重点了，中国在传统的 Cryptology 里面是有相当的专业能力。事实上有些保密... 以前的密码系统，目前常用的密码系统有的有几种，其中有几种最先进的技术是在中国的。比如说山东大学有一个很有名的女教授。但是我的印象是在量子密码，就是这个量子通讯的理论方面，因为是全新的，我看到论文上那些专家都是国外的。就我找了半天，就只有这个在挪威的年轻的中国人。但是这是一个很大的弱点。就像你刚刚讲的，必须要理论跟工程方面都是世界先进，你才能够确保它无懈可击。而且你必须要有信心，是真正理论上完全无懈可击。你把你工程做的再好，自欺欺人，反而是授人以柄，对不对？
所以我觉得你讲到一个重点，就是目前潘建伟名气弄得很大，其实中国最需要投资的是在背后的这个理论，这个理论目前世界上，至少学术界我看到公开的还没有定论说要做到什么程度才能够真正算是无懈可击。但你这个东西理论上都还没有确定，光把工程做到很好没有太大的意义。所以我是希望大陆的决策者跟一般的关心这件事情民众都能了解到它事实上是一个跟 NSA 的斗争，这个保密与破密之间斗争，间谍对间谍的一个很尖端的行业，没有什么商业价值。但是它在国家安全上面是非常重要。所以你如果非要做的话，必须要把一群很聪明的数学家找，来把这个 Quantum cryptology 的理论这全新的还没有建立的理论建立起来。中国必须要在这个行业也是世界先进，否则光是在那个实验工程上领先没有什么太大的意义，这就是我的整体的结论。
知识分子的品格
史东 1:08:40我想最后还有一个问题，王老师就是如果很多的朋友观众或者听众看到我们节目，看到今天就是快结束的这个时候还没有关机的话，他们可能会有个问题。就是说我们为什么要关心这个Quantum 这些理论的过程，这个对我们小老百姓有多大的意义？
王孟源 1:09:04你如果不管它也可以。过去这几千年人类文明的进步都是一个很重要的因素，就是经济效率的成长。而经济效率的成长最大的来源就是分工，对不对？我不需要很会炒菜，我一样可以到餐馆去吃好吃的东西，对不对？这是一个很好的效率的来源。那一旦做了详细的分工，尤其是过去这一两百年工业革命之后，分工做得非常非常的细，越来越细。那越来越细以后，这种量子的东西当然是可以留给专家的。但是你作为一个 Intellectual 知识分子，必须要有好奇心。因为一个所谓真正的知识分子，必须要能够对世界上重要的东西做出正确的决断、评判。你如果没有足够的知识，就没办法做出正确的评判。那当然很重要的是，像我这样的专家必须要有动力能够出来说实话，不怕得罪人。
像去年我跟中国高能所的所长有论战，他们想要忽悠国家去建一个完全没有用的大对撞机。我跟他说这是骗人的。除了专家... 后来是杨振宁教授出来，出来也是也不怕得罪人，说了实话，这才一锤定音。我想我们为中国、为人类省了大概 1000 亿美元。但是除了专家之外，一般的听众、一般的观众也必须要有好奇心。你必须要能够愿意去吸收... 即使是这个民主制度下的大众传播一个特点就是谎话、假话、空话（哗众取宠）的特别多，这样一来，实话跟重要的话，就常常会被淹没。你除了有心的人要出来说之外，还必须要有足够的听众愿意去找、去听。这样一来，才能够有足够的力量来代表正确，要不然利益集团很容易就忽悠你了。现在很简单的嘛，为了骗钱，他们把量子力学搞成 New age 的那一套，不就是为了要骗钱嘛。现在你到加州去，还到处都有 Spa 搞这种所谓的量子唯心 New age 这东西，这一骗就是几万、几万这样的骗，对不对？你如果有点好奇心，能够接触到我所解释的事情，你就会知道这完全是骗局。所以我在我的部落格上面也常常会提到一些其他的骗局，就是都是假借科学...
科学里面最不靠谱的，就是最难做实验，最难用逻辑来推导，没有一个完整系统的，第一个是生医，第二个是心理学。这两个东西因为所研究的系统是非常非常复杂，所以常常会有莫名其妙的东西出来，假专家、谎言跟谣言充斥。比如说... 你知道我在我的部落格上很喜欢举一个例子，就是十年之前你到美国的超级市场，大概买不到石榴，也没有石榴汁这种东西可以买，因为美国人没有习惯吃石榴嘛。但是在十年前，忽然这个石榴汁就流行了，而且能够卖到柳橙汁的三倍价钱，大家还趋之若鹜，为什么？这其实是因为在加州，就在你们那个地方，中央谷里面有一块有一个几万公顷的地，特别适合种这种地中海型气候的作物。它原本是种 Pistachio（开心果），那家公司的董事长，后来觉得光只有这一种作物 Pistachio 不太可靠，对不对？那个有涨涨跌跌，然后市场会有波动，对吧？他就说我们是不是能够种其他的作物。他们就开始找，他手下的农业专家就说，同样的地中海型气候，最适合的作物还有石榴。问题是美国人不吃石榴嘛，对不对？这个董事长的老婆，也是好像是那个宾大 Wharton 商学院毕业的，而且跟大众传媒界人脉很好。就在那之后，她就跟他的先生说，你尽管去种，这个推销由我来负责。在那之后的两三年，一连有一百多个杂志莫名其妙的就出了文章，说某某研究证明石榴是对心脏特别特别的好，吃了以后这个神清气爽了，喝了五百年之后就可以升天了，就是这样子的成仙的仙丹。然后就这样，真的两三年之后，石榴就变成美国大家都拼命要。我知道因为我的老婆也是... 我那时候还没有离婚，我的老婆也是忽然有一天回来说：我的那个闺蜜跟我讲说这个石榴很好很好，即使是比柳橙汁贵三倍，你也要去喝。我就是那时候觉得奇怪，我去研究了一下，才发现是背后的真相是这样。
这个世界上，资本主义的世界对实话、对事实是没有一点尊重的，唯一尊重的东西就是金钱。所以这个骗、谎在正在现代的美国这个制度下，这个政商环境里面到处都是。如果知识分子没有一点定见的话，那大家也都是被这些大众传媒的谎话骗来骗去，还能够叫作知识分子吗，对不对？你总是要有一些... 一个社会如果要还有一点定力，还能够坚持整体的价值，而不会被少数人操弄，那么就必须要有足够的知识分子能够戳穿这些假话，这些在大众传媒里面传播的假话。我想今天讲的这个量子通讯是一个例子。我刚刚提到的石榴这件事情也是一个例子。但是这些我想能够来看你的节目，关心这些事情的人，应该都是有志一同希望能够在这个很纷纷杂杂的现代社会里找到一些事实。
史东 1:17:13这个我相信我们的观众听众都是有心人了，都是我们叫有心人。那王老师你刚刚讲那句话，中国人也有两个字来形容，叫作风骨，形容得很好。我想最后还有一个信息，就是您的部落格换东家了，能不能宣布一下这个，可以宣布吗？还没有还到宣布的时候吗？
王孟源 1:17:36可以，我不太好意思。因为最近比较懒嘛，没有写什么文章。中国时报好像是换东家了，所以它把那个部落格关掉了。有我的读者帮忙，现在决定是双管齐下。在台湾我们整个搬家搬到联合报系 UDN；然后在大陆，因为他们可能翻墙会有些问题，有一位读者他是写程序的，而且他自掏腰包建了一个网站，就是要做一个 Mirror site，所以这样比较方便在大陆的读者。
不过我原先写这些东西，或者出面来把自己做成一个公众人物... 我其实生性疏懒，而且不太喜欢、不追求名利。我之所以要做的其实是为了要教育台湾的知识分子，能够刚好对中国五十倍的人口更多的知识分子来做贡献，当然是很好。但是我最终的目的还是希望能够我自己生长的地方，能够从目前的这个愚昧的状态，愚昧落后、原始野蛮的状态解脱出来。过去这三四年真是让人看得非常心疼。所以我希望大家有志一同能够为同样的这个目标贡献一点心理，我的部落格就是我做的一点小小的努力。
史东 1:19:27非常好。王老师再次的说一声谢谢，谢谢你的时间。
王孟源 1:19:33谢谢你给我这个机会，谢谢。那我们下回见，拜拜。