专利名称：量子超光速通信的制作方法
技术领域：
本发明属于量子通信技术领域，它利用量子原理和意识识别功能来实现比光速更快的通信。
1935年，Einstein等人发表了著名的EPR文章，使人们第一次注意到了在相互耦合的微观粒子之间可能存在量子非定域(或超光速)关联。1964年Bell在此基础上提出了Bell定理，证明了量子理论的确导致量子非定域关联的存在，并给出了可行的实验证实方法。1982年，Aspect等人在实验上对这种量子非定域关联的存在进行了令人信服的证实。迄今，无论理论和实验都已显示了量子非定域关联的存在，但是目前的理论(主要指相对论和量子力学)似乎不允许利用这种量子非定域关联来实现量子超光速通信，具体证明可参见Eberhard,Ghirardi等。尽管很多人仍尝试在目前理论框架内实现量子超光速通信，如Herbert的FLASH建议，但他们并没有成功，见Zurek。也有一些人设想利用非线性量子力学理论来实现量子超光速通信，如Gisin等，但目前的实验并未显示需要此类修正，而且这种理论自身还有许多问题。1992年，Squires曾提出与本发明类似的想法，但未建立在充分的理论基础和实验基础之上，并且他认为目前的理论和实验似乎并不允许超光速通信的实现。总之，至今尚未有人提出一种有坚实的理论和实验依据并切实可行的量子超光速通信方式。
本发明的目的是提供一种比光速更快的信息通信方式。
本发明以EPR关联粒子对作为信息载体，利用非正交(单或多)粒子量子态进行量子信息编码，并通过将量子动态投影原理与意识识别功能相结合来区分非正交(单或多)粒子量子态，从而可对编码的量子信息进行解码，以实现量子超光速通信。其中，信息载体的产生及信息的编码是成熟的技术，例如EPR关联粒子对通常可取光子对，并可通过随机参数下转换(SPDC)等方式来获得；而信息的解码，即利用意识识别功能来区分信息编码中的非正交(单或多)粒子量子态目前仍处于实验阶段，但实验上已显示了它的可实现性。
下面我们给出量子超光速通信的实现方案。它包括两部分，第一部分是利用意识识别功能来区分非正交(单或多)粒子量子态，依此我们可设计一台非正交量子态识别仪，第二部分是利用非正交量子态识别仪这一核心装置来实现量子超光速通信。
非正交量子态识别仪的实现方案如下。设光子为识别粒子，并且识别仪中的意识生物(如人类)通过训练后可以对单个光子形成感知，从而他可以识别单个光子的到来。识别仪的输入态为非正交单光子态ψA+ψB或ψA-ψB和ψA或ψB，其中ψA±ψB为光子的空间叠加态，ψA态为从A方向进入意识生物识别器官(如眼睛)的光子态，ψB态为从B方向进入意识生物识别器官(如眼睛)的光子态。设意识生物对确定态ψA或ψB的识别时间为tI，对叠加态ψA+ψB或ψA-ψB的识别时间(即识别时动态投影过程完成的时间)为tP，并且有tI＜tP，同时意识生物可以意识到tI与tP的时间差别。于是，当输入态为ψA1实验上我们也可以利用极少量的光子，这不影响本方案的实现原理。对于多光子情况，我们可以利用实验者脑态之间的量子关联来完成超光速通信[12]，本方案的实现原理同样适用。或ψB态时，意识生物于tI时刻感知到光子从A方向或从B方向到达，他将识别结果产生的时刻tI作为识别仪的输出2；当输入态为ψA+ψB或ψA-ψB时，意识生物于tP时刻感知到光子从A方向或从B方向到达，此时他同样将识别结果产生的时刻tP作为识别仪的输出。因此，识别仪可以区分开非正交单粒子态ψA+ψB或ψA-ψB和ψA或ψB，或者说，可以区分开叠加态和确定态。当然，具体的非正交量子态识别仪可直接利用意识生物或通过更先进的意识识别模拟技术来实现。
下面我们给出利用非正交量子态识别仪来实现量子超光速通信的实现方案。实际上，一旦我们可以区分非正交的(单或多)粒子量子态，实现量子超光速通信便是一件十分容易的事情，并且利用目前的实验技术完全可以实现。这里我们利用EPR偏振关联光子对作为信息载体，并通过操作偏振器件进行信息编码来实现量子超光速通信。如图一所示，频率分别为v1和v2的偏振关联光子对由源(即偏振关联光子对的产生装置)沿Z方向和负Z方向发出，然后光子v1先经过光开关C1，再经过单通道检偏器π1，而光子v2直接经过双通道检偏器π2，其中光开关C1可控制光子是否通过检偏器π1，单通道检偏器π1只允许偏振方向平行于X轴的光子通过，而双通道检偏器π2可允许偏振方向平行于X轴和垂直于X轴方向的光子都通过。光子v2离开检偏器π2后在空间上分成两路，然后从不同角度输入到非正交量子态识别仪。
现在我们将说明如何通过这一装置来实现量子超光速通信。让信息的发送者A控制光开关C1，让信息的接收者B观察非正交量子态识别仪的输出(如指针读数)。设双方约定的通信规则为对于信息发送者，不对光子v1进行测量代表发送信息码“0”，对光子v1进行测量代表发送信息码“1”3；对于信息的接收者，通过非正交量子态识别仪识别到光子v2的状态为空间叠加态代表接收到信息码“0”，识别到光子v2的状态不是空间叠加态代表接收到信息码“1”。具体的通信过程如下当发送者A想发送信息编码“0”时，他就控制光开关C1让光子v1不经过检偏器π1，而沿另一条路线自由传播，这样当光子v2经过检偏器π2后将形成类似于ψA+ψB或ψA-ψB的空间叠加态。于是，接收者B通过观察非正交量子态识别仪的输出就可以知道光子v2的状态是空间叠加态，从而将信息解码为“0”；2为了精确起见，可通过另一个实验者记录下结果产生的时刻作为识别仪的输出。3当然，为了减小识别误差，我们可以采取冗余编码，即通过对多个相邻光子的相同操作而将它们编为单个信息码。另一方面，当发送者A想发送信息编码“1”时，他就控制光开关C1让光子v1经过检偏器π1，从而光子v1被探测器D1测量，这样关联光子对的整体单态将发生投影。于是，当光子v2经过检偏器π2后将不再形成空间叠加态，而相应地投影为只存在于单个路径上的类似于ψA或ψB的状态，此时接收者B通过观察非正交量子态识别仪的输出就可以知道光子v2的状态不是空间叠加态，从而将信息解码为“1”。于是，通信双方可按照上述的通信规则和通信过程进行量子超光速通信。
无疑，量子超光速通信将比传统的亚光速和光速通信方式具有更大的优势。首先，量子超光速通信的线路时延可以为零，即与通信双方之间的距离无关，从而它是最快的通信方式；其次，量子超光速通信的信息传递可以不通过通信双方之间的空间，从而使通信丝毫不受通信双方之间空间环境的影响，即它是完全抗干扰的；第三，量子超光速通信可以使第三方无法进行干扰和窃听，信息载体可以只保存于信息的收发双方处，因此它是保密性最强的通信方式。最后，量子超光速通信将完全是环保型的，不存在任何电磁辐射污染。
当然，目前量子超光速通信的通信速率将受到意识识别时间(约为0.1秒级)的限制，一般只能为10bps，这在某种程度上将限制量子超光速通信的广泛应用。但可以预计，通过对意识识别过程的深入研究，通过更先进的意识识别模拟技术和生物芯片技术的发展，量子超光速通信的通信速率将大大提高并使它得到广泛应用。
量子超光速通信可以有几种实现方式，按用以承载量子信息的关联粒子源的位置可分为中间型、单端存储型和双端存储型。中间型和单端存储型都需要信息载体在通信双方之间传播，适于实验研究，而双端存储型不需要信息载体在通信双方之间传播，更适于实际应用。
权利要求
1．一种量子超光速通信的实现原理，通过意识生物(包括人)对非正交(单或多)粒子量子态的可区分性实现量子超光速通信。
2．三种量子超光速通信的实现方式，中间型、单端存储型和双端存储型。
全文摘要
本发明涉及一种新的通信方式——量子超光速通信，它属于量子技术、生物技术和通信技术相结合的领域。本发明利用耦合的微观粒子之间所存在的量子非定域(或超光速)关联，并通过将量子动态投影原理与意识识别功能相结合来区分非正交(单或多)粒子量子态，从而提供了一种有理论依据、并切实可行的量子超光速通信方式。这种新的量子超光速通信是一种信息传输最快(线路时延为零)、抗干扰能力最强和保密性最强的通信方式，它可以广泛应用于未来的星际通信，并可以作为一种最安全的通信方式应用于商业和军事等特殊领域。
文档编号H04B10/30GK1316836SQ00105709
公开日2001年10月10日 申请日期2000年4月3日 优先权日2000年4月3日
发明者高山 申请人:高山