非搞笑正经文章｜“量子速读”背后的科学原理

1905年，位于伯尼尔的瑞士专利局里，一位26岁的小专利员刚荣升为三等技师，终于成为一位有编制的公务员。他每天要在昏暗的房间里工作8小时，摆弄那形形色色的图纸。下班后，还得回家带孩子，处理琐碎而繁重的家务。不过一旦稍有时间，他最爱干的事情，还是钻研最感兴趣的物理问题。

这一年，他写了一篇短小的论文，发表在《物理学纪事》杂志上，题目叫做《关于光的产生和转化的一个启发性观点》。若干年之后，这篇文章让他获得了诺贝尔物理学奖，顺便开创了一个被后人成为“量子力学”的全新领域。

这个年轻人，叫做爱因斯坦。

大部分人知道爱因斯坦，都是因为相对论。没错，他独自一人纯靠理论思考，就相继提出了狭义和广义相对论，完全颠覆了人类以往的宇宙和时空观，也为到现在为止一个多世纪的科幻作家们，提供了最迷幻而优美的理论土壤。

人们固然无比好奇：爱因斯坦怎么能这么聪明呢？怎么能思考问题到如此深刻的程度呢？怎么能靠1400克不到的果冻一样的大脑，就看破宇宙最深处的奥秘呢？

但是，在相对论里大展宏图的爱因斯坦，却对量子力学始终报以深深的困惑。尽管他是量子力学的奠基人之一，可在后面的研究中，他屡次在关键性的岔路上，走错了方向。

他曾说：“我们遇到了一类新的困难，这种困难迫使我们要借助两种互相矛盾的的观点来描述现实，两种观点单独是无法完全解释光的现象的，但是合在一起便可以。”

通过爱因斯坦的经历，我们不难感受到，量子力学是有多么艰深。

量子力学的绝大部分理论，目前都还根本没有应用。但仅能应用的那一点基础理论，让我们发展出了半导体产业（电脑、手机、互联网、激光等行业的基础），造出了核弹和核电站。

是的，量子力学如此困难，以至于让整整一个世纪里的最伟大的科学家们，都深感困惑。这些顶尖的科学巨擘们，绞尽脑汁、前赴后继，才通过接力的方式，把量子力学发展到如今的水平：仍然初级，仍然充满迷惑。

这里就要认真介绍一个这两个概念的意义了。

1、光的波粒二象性。

这是困扰爱因斯坦等一大批科学家的大问题。在很长一段时间内（其实早在17世纪，牛顿和惠更斯就此就争论不休），物理学家都对光的本性充满疑惑。它究竟是什么呢？

是像小球一样的粒子呢？

还是像涟漪一样的波呢？

认为是小球的科学家（比如牛顿、爱因斯坦），有自己的依据，像是光的直线传播、反射、金属表面光量子跃迁试验（这个有些专业）。

认为是波的科学家，也有自己的依据。比如著名的杨氏双缝干涉实验（高中物理学过）、电磁波的障碍穿越能力（比如手机信号）、以及麦克斯韦方程组（被称为上帝亲自编写的优美理论）。

可惜的是，后来经过量子科学家们的试验，光“同时具有波和粒子的属性”，也就是说“它既是一个粒子，也是一个波”。有兴趣的读者，可以去看一下刘慈欣的《球状闪电》这本书，讲的就是波粒二象性，很有意思。

我们通常在看书时，主要都是把光当成粒子来用。光打在书上，反弹到眼睛里，形成一定的明暗图样，再经过大脑牛叉的模式识别功能，转化为某些实际的意义。

按照宣传方的说法，我推演他们的想法是，嫌弃这种粒子层面应用太慢，而直接利用光的波动效果来读书。

按照设想，这种光波可以绕开障碍物，因此可以跨越眼罩（就像声波，即便把耳朵捂上，也会有少量声波从缝隙里“绕”过去）进入到某个接收器官里，对信息进行提取和利用。

关键是，耳朵的结构是鼓膜共振原理，天然可以接收波动信息。而眼睛是光感粒子的成像原理，它没有感应波动的能力，如何能够成像呢？

2、量子纠缠。

这仍然是困扰过爱因斯坦，并且让它出过错的大问题。

它说的是这样一种效应：两个量子经过一定的耦合，可以在一定时间和一定距离内，存在某种信息传递效果。

这与我们现在理解的任何一种信息传递方式都不同，它不需要介质、也不需要时间，是一种类似于“心灵感性”的效应。

打个比方。如果现在能有某种技术，让两个量子进入纠缠态，无论这2个粒子相距多么远，哪怕分布在宇宙的两头。我改变一个量子的状态，另一个量子也会随之同时改变。

毫无疑问，这和“任何物体运动速度不能超过光速”的理论相矛盾，让提出极限速度的爱因斯坦头疼不已。

不过，想把量子纠缠理论应用到读书上，即让“书上的内容”和“脑神经”建立起量子纠缠，仍然有极大的困难。原因如下。

即便目前最前沿的物理实验室，也只能在极端条件下，建立“几个微观粒子”的纠缠态，且只能维持极短的时间。例如：

2016年12月，中科院潘建伟院士通过两种不同的方法制备了综合性能最优的纠缠光子源，也只纠缠了十个光子。

2018年4月25日，芬兰阿尔托大学教授麦卡﹒习岚帕（Mika Sillanp）领导的实验团队成功地量子纠缠了两个独自震动的鼓膜。每个鼓膜的宽度只有15微米，约为头发的宽度，是由10个金属铝原子制成。绝对温度（-273.15摄氏度）下，两个鼓膜持续进行了约30分钟的互动。

而机构们的量子速读法，相当于实现了正常环境下的“书本和人脑”的量子纠缠，这超出最前沿物理学家数个时代，让人难以直视。

其领先程度，相当于世界顶尖任意球选手贝克汉姆，目前达到了“60米任意球落点偏差0.5米”的水平，而一个民间选手声称，自己可以把乒乓球踢到月球上，精准度达到了1微米...

如果真的实现了，真该去申请诺贝尔物理学奖啊，获奖定然没有悬念。