科幻世界(2014年4月)
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第5章 银河奖征文(2)

“美国如今的社会真是荒诞,”此刻的费兰德像是陷入了喃喃自语,语气中带着强烈的情绪,“金融寡头绑架了华尔街,华尔街又绑架了整个美国经济。贪婪的金融寡头们整天玩弄着不产生任何价值的零和游戏,赤裸裸地攫取着社会财富。华尔街先生,你可以留下联系方式,或许哪天我也会找上门向你讨要一份金融业的工作。”

“博士,你可能对金融界有些误会。”盖文平和地说。

“好吧,我们不说这些了。”费兰德挥了挥手,“华尔街先生,方便告诉我你此行的意图吗?”

“当然,我此行主要是考察中微子通讯。”盖文说出了早已准备好的理由。

“你们怎么会对这个感兴趣?”费兰德皱起了眉头。

“事实上,金融界对于前沿科技一直充满了热情,你知道信息传递的速度对于证劵交易有着至关重要的作用,我们正在考虑未来采用中微子传导技术取代现有光纤的可行性。”盖文缓声说道,说话时一直关注着费兰德脸上的表情。

“你真是来对了地方。”费兰德神经质地干笑了几下,“我们实验室在高能粒子领域被欧洲人挤压得没有了空间,现在不得不转而主攻中微子领域。”

“是吗?”盖文尽量表现出惊喜的样子。

“你跟我来。”费兰德说。

盖文跟随着他走进庞大的建筑,穿过几间房间,一个蔚为壮观的大坑赫然出现在盖文眼前,如峡谷般的巨坑中散布着各种大型设备。

“这里是对撞机的粒子生成器,与外面的隧道相连。不过,现在这些设备基本上陷入了冬眠。”费兰德漫不经心地介绍道。

盖文跟着他沿着梯子下到了足有二十多米深的坑中,他感到自己就像进入了一个巨大无比的异形怪兽体内,纵横交错、奇形怪状的内脏器官应接不暇:几十米高的线圈,轰鸣作响的发电机,无处不在的电缆,闪烁不定的显示屏,还有忙碌其间的科研人员。

盖文全神贯注地观察着各个角落,不想放过任何可疑的细节,可是周遭的一切对他来说太过深奥,实在难以捕捉有用的线索。

最后,费兰德领着他走进了坑中央一座铁皮圆塔中,这是一间向下的电梯。

“我们去哪里?”盖文问。

“地下。”费兰德递给了他一顶安全帽。

电梯瞬间启动,经过一段漫长的下降后,电梯抵达了终点。

盖文走出电梯,发现自己正身处一个人为挖掘出的巨大洞窟中。

“这里是地下两百米的中微子探测室。”费兰德开口道。

盖文环顾四周,灯光明亮的洞穴中,除了几台大型计算机外,最为醒目的是悬挂在洞窟正中的一个巨型金属圆球,直径足有十几米,黑色表面如同有着纹路的铠甲一般。

“这是什么?”盖文问道。

“中微子探测器,它的外层由光电倍增管构成,内部包裹着几吨重的重水。”费兰德介绍道,“重水中的氘原子核包含一个原子与一个中子,当有中微子进入重水中,将有几率撞击到某一个中子,使之嬗变成一个质子与一个电子。一旦发生这样的反应,光电倍增管将准确地探测到。”

说着,费兰德走到了一台显示屏前,熟练地输入了一串指令。

很快,空无一物的显示屏如同创世的宇宙般浮现出了一个字母“N”,半分钟后又闪现出了一个“E”,就这样,每隔半分钟,显示屏上都会浮现出一个不一样的字母。最后当屏幕停止变化,一个“中微子”的单词(neutrino)最终定格。

“这是怎么回事?”盖文问道。

“现在我给你演示的是几个月前完成的一次中微子通讯,实现通讯的设备分为两部分,发射端与接收端。发射端就是我们头顶上全世界第二大的粒子加速器,我们让质子在隧道中加速,然后用碳靶拦截它们,碰撞出高强度的中微子束。由于中微子只参与非常微弱的弱相互作用,所以能够毫无阻碍地穿过两百米厚的固态地表,抵达我们面前的这台探测器。同时,中微子束携带的信息被编码成一系列二进制的1和0,我们的探测器可以完成译码。”

盖文陷入了沉思。中微子通讯如此之复杂,如果真有人动用这些设备传递股市讯息,显然也不是一件容易的事情。接着,他装作随意地问出了他最关心的问题:“实验室探测到的中微子传递速度有没有超过光速?”

费兰德耸了耸肩,“当然没有,爱因斯坦的狭义相对论定义了光速是我们宇宙速度的极限。中微子尽管特性古怪,但还是得规矩地遵守着我们宇宙物质最基本的特性。”

“可是几年前,似乎有一家欧洲实验室宣称测量到了中微子超光速,虽然后来发现是一起乌龙事件。但我想知道,这究竟是怎么一回事?”盖文请教道,这是他来之前做的功课。

“你是指2011年,意大利名为OPERA的实验小组接收来自欧洲核子研究中心的中微子那一次?”费兰德扬起了眉毛。

“应该是吧。”

“那一次他们测量出中微子的速度比光快了0.0025%,这件事一时间在全世界闹得沸沸扬扬。当时这个消息的爆出让费米实验室的所有人都深感沮丧,大家都在怀疑我们实验室过去对中微子的测试是否有问题。于是,我们按意大利人的实验条件反复验证了几次,但都没有得到任何超光速的结果。”说着,费兰德脸上浮出一丝讥讽的笑容,“你知道那件事后来是如何收尾的吗?”

“我无法想象。”

“最后OPERA小组自己出来承认,中微子速度的误差是由于连接GPS接收器和电脑之间的光缆松了造成的。”

“这……怎么可能?”盖文诧异道。

“这个谬差产生的原因就是这样令人瞠目结舌。那个GPS接收器是用于校准中微子飞行时间。当研究人员拧紧这根连接线之后,重新测量,发现数据通过这么长一段光纤所需的时间比之前提前了60纳秒。由于校准时间变慢,这样计算出的时间自然就变快了。”

“这确实让人哭笑不得。”盖文说。

“你说得很对,意大利人从二战起就主要负责搞笑。”时至今日,费兰德的语气中仍充满了怨怼与揶揄,说着他又顿住了,“不过,说起来我们伟大的费米先生也是意大利人。”说完,他又不由得笑了。

接着,费兰德不忘继续调侃起了盖文:“华尔街先生,我可以向你保证,你看到的已经是当今世界上最先进的中微子通讯器。怎么样,有没有心动订购两台这样的仪器?”

“喔,我会考虑的。”盖文顺着他的话说。

费兰德接着说:“一旦你们的交易所采用了中微子通讯,你们的数据再也不用沿着地球球状表面的那些光纤奔跑,也不用担心鲨鱼会咬断你们的海底光缆。中微子穿过地壳直接传递你们股票的涨跌信息,这无疑将帮助你们节省不少的时间。”

费兰德的话让盖文的心咯噔了一下,他的大脑又飞速运转起来,思考着芝加哥到纽约的信息如果以直线穿过地壳会节省多少时间,但他很快排除了这种可能性,因为它显然也缩短不了太多的时间。

“那么,世界上除了中微子,还有没有其他更快的通讯方式……比光速更快?”盖文斟酌着开口。

“在相对论不存在的另一个平行世界或许存在。”费兰德加重了语气,显然他对盖文反复纠结于超光速的问题有些不耐烦,但在这一刻,他又突然顿住了,像是想起了什么,“不过抛开通讯的要求,某些不确定态信息的传递倒是有可能超光速的。”

“我不理解你的意思。”盖文心中一紧。

“根据量子物理的理论,量子纠缠态是可以超距瞬时作用。目前,世界上已有实验室成功实现量子纠缠态的隐形传输,但这种传输还无法实现你需要的股市信息传递。”

盖文怔愣住了,他对于费兰德的话仍是如堕云雾,但他敏锐地意识到,这会不会是他新的突破口?

“已经实现这一技术的实验室,你了解它的具体情况吗?”盖文急切地问。

“已经有好几家实验室实现了这一技术,说起这个领域如今的领先者,”费兰德想了想,“应该是奥地利维也纳大学的蔡林格教授和中国科技大学潘若溪教授各自领导的团队。”

盖文点了点头,他心中已经有了新的目标。

量子纠缠态

半个月后,盖文只身飞抵维也纳。这是一座以音乐闻名于世的城市,城市每个角落无不流动着美妙的音符,但他无暇驻足欣赏,径直前往维也纳大学。

这一次他的身份是一名高科技杂志的记者,此前,他通过关系请美国大使馆帮忙预约了对蔡林格教授的专访。

在维也纳大学量子信息学院,他见到了蔡林格教授。眼前的蔡林格六十多的年纪,满脸的胡渣,一头爆炸式的卷发,眼神专注而深邃,看上去有些像休·杰克曼扮演的“金刚狼”。

“蔡林格教授,我知道是你在1997年第一次实现了量子纠缠态的实验验证。但我对神奇的量子纠缠还是一个十足的外行。能否为我简单介绍一下你的研究成果?”盖文开门见山地介绍起他的来意。

蔡林格爽朗地笑了笑,娓娓讲述起来:“量子纠缠态的概念最早出现在1935年薛定谔关于‘猫态’的论文中。”

“你是指薛定谔的猫?”盖文兴奋地说。

“是的,薛定谔用盒子里的猫处于一半几率生一半几率死的比喻,形象地阐述了量子态,与此同时,薛定谔也引出了另一个概念,‘量子纠缠态’。打一个比分,现在存在两只装有半死半生猫的盒子,当你随手打开任何一只盒子,都会发现猫的生死状态与另一只盒子里的猫始终相反。这种情况下,我们就可以说两个盒子中猫的状态就形成了纠缠态。”

“我能明白你的意思。可真实世界中你们又是如何实现纠缠态的?”

“当我们将一束光射入非线性晶体,出来的一对光子将形成相关联的状态,其中一个光子的自旋方向为向上,而另一个光子自旋方向为向下,这两个光子就处于量子纠缠态。纠缠态的神奇之处在于,对一个光子的测量,会瞬间作用到与之纠缠的另一个光子上。也就是说,即使这两个光子分处宇宙的两端,这一现象也会幽灵般瞬间发生。”

“真是奇妙。”盖文肃然起敬道,“这么说,量子纠缠态的传递速度是可以超过光速的?”

“当然,如今我们最远已经实现了从维也纳到北京的量子通讯路径,从北京发射一个纠缠光子到地球同步轨道上的量子通讯卫星,再通过卫星中转发射向维也纳,这个光子最终被我们实验室接收到。我们比照发射到我们实验室的光子与留在北京的另外一个光子,它们纠缠状态的揭晓完全是实时的。”

“也就是说,信息瞬间穿越了从维也纳到北京的距离?”

“是的,北京的团队由中国科技大学潘若溪教授领导,他们的站点设在长城脚下。这很像是古代中国人在长城上使用过的通讯方式——烽火台上燃起的熊熊狼烟,只是现在连光传播的时延也没有了。”蔡林格的脸上流露出得意的神情。

“可是我听说光子的纠缠态是无法用来实现通讯的?”盖文道。

“是的,至少目前还无法实现。”蔡林格坦率地说,“目前光子纠缠态只能应用于通讯的数据加密。”

“为什么呢?”

“因为光子量子态的测量遵循着测不准原理,一旦从纠缠态中提取信息,量子的波函数将立刻随机坍塌。打个比方,这就如同你抛硬币,你无法控制从空中落回的硬币最终会朝向哪一面,这是一个完全随机的过程。也就是说,量子纠缠态无法人为确定信息,因此也就无法实现通讯。”

盖文顿住了,蔡林格的话泼熄了他心中的激动。半晌过后,他又试探着问:“教授,请原谅我这样一个外行突如其来的奇怪想法,我在想,会不会存在着一种更高层次的机理,量子纠缠态可以赋予确定的信息,从而实现通讯,只是我们的认知还没有达到这样的高度?”

蔡林格沉默了一下,“你的问题很好,这也是我们一直在思考的问题。我们目前所了解的量子力学是否是一个终极理论,量子信息的随机坍塌是否是因为人类现有的观察技术破坏了量子确定的波函数,这一切都未尝可知。”

蔡林格缓声说着,失神的目光像是游离到了宇宙某个遥远的地方。

“假设纠缠量子能够自由传递信息,”盖文低声说,他尽量地让自己表现得不动声色,“你能够想到的量子通讯会是什么样的形式?”

“需要让两个量子系统实现相互纠缠,然后将两个量子系统分置在任意两处,通过操控一处系统的量子态,另一处的系统就将瞬时获得信息。”蔡林格仔细思考着说,“我并不认为在可见的未来会出现这样的通讯。”

盖文茫然地点了点头,线索戛然中断,他又退回到无路可走的迷宫中。

他不甘心地追问道:“除了你们这样的实验室外,还有哪些地方有可能生成量子纠缠?”

“没有了,目前量子纠缠态的产生条件极为苛刻,维持时间也不过几百微秒,但是……”蔡林格顿住了,他像是突然想起了什么,“几年前英国的《自然》杂志刊发表了一篇文章,称牛津大学的斯科尔斯教授取得了一个令人难以置信的发现,有一种叫欧亚鸲[1]的鸟类眼睛中能够维持量子纠缠状态。”

“欧亚鸲的眼睛中存在着量子纠缠?”盖文怀疑自己听错了,欧亚鸲是一种非常常见的鸟类。

“没错,后来我与斯科尔斯取得了联系,他告诉我,他们发现欧亚鸲的眼睛中含有一种称为隐花色素的蛋白质。这种蛋白质能够生成一对对相互处于量子纠缠态的电子。”

“这些量子纠缠态的电子对鸟儿有什么用?”

“用于感知地球磁场,以确定飞行的方向。”

“这……如何办得到?”