如何鉴别民科:一个量子信息的例子

出品:科普中国

制作:中国科学技术大学袁岚峰

监制:中国科学院计算机网络信息中心

导读:民科最大的问题并不在于知识的欠缺,而在于思维方式的偏执。王令隽问的那些问题,《人民日报》都早已明确地回答了,他不看,难道我还能硬拽着他去看吗?我告诉你A是A,此人说有人说A是B,然后煞有介事地论证半天A不是B,而是C,你让我怎么办?

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大家都知道,2016年8月16日,中国发射了世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号”。

“墨子号”量子卫星发射

有许多媒体来采访我,我告诉他们,这门学科叫做“量子信息”。后来我写了不少量子信息的的科普文章,其中最系统的叫做《你完全可以理解量子信息》(http://tech.sina.com.cn/d/2017-08-31/doc-ifykpysa2199081.shtml)。许多读者都从这篇近4万字的文章中,获得了对这个学科的比较深入的了解。据读者反映,此文很容易读懂,可以说是很通俗了~

一个真诚的微笑

也正是因为我写了不少量子信息的科普文章,于是乎,我意外地发现自己成了一个谣言收集站,不时地有朋友发来各种各样攻击量子信息的民科文章,问我怎么看。昨天早上(2017年12月13日),又有一位朋友发来这样一篇,叫做《从大跃进体到吓尿体》。

我的内心是崩溃的,于是问这位朋友:你看不出这作者是个民科吗?

回答:我还真看不出他是民科,因为不太懂。

我问:我写了那么多解释量子信息是什么的文章,你都没看吗?

回答:看了个开头,太长了就没看下去。

%¥#@!那你怎么有空看这种民科文章的?

回答:我是在其他群里看见的,并不是特意去看。看到它的阅读量比较高,就转给你看看。

……

好……吧!看来鉴别一个作者是不是民科,并不是一个大多数人都掌握的技能。从这个角度去想,这篇文章倒是提供了一个现成的例子,我就来解剖一下这只麻雀,告诉大家,你可以怎样鉴定民科。

我要传达的最重要的信息是:在很多情况下,你并不需要对相关的科学问题非常了解,就足以确认民科了。实际上,百度一下就会发现此文的作者王令隽是一位资深民科,致力于反对相对论、反对量子力学、反对量子场论,但我在此之前,单纯通过看这篇文章,就知道了他是一位民科。

为什么呢?因为民科最大的问题并不在于知识的欠缺,而在于思维方式的偏执。

知识欠缺并不可怕,所有的学生都走过这个阶段。只要你的态度端正,用心去学,任何看似艰深的知识都是可以学会的(当然还要有足够的天资,这是个重要的条件……)。

民科最大的问题,在于知识欠缺却不愿意去学习,宁可自己胡思乱想一套。在这方面,民科诸公的“创造力”是惊人的,每一位民科都创造出了一套自己的语言体系。这套语言体系只有他自己能理解,只有他自己用,其他人都无法理解,包括其他的民科。

我们经常开玩笑说:用不着让“官科”跟民科去辩论,只要建个“民科研究院”,让民科先生们在里面切磋,他们互相就要打破头。同样是反相对论的,每一个人都有自己的反法,每个人都不会同意别人的说法,每个人都想独占“推翻相对论”的荣誉。

看到这种“盛况”,你才会理解真正的科学的可贵,因为科学是一套普遍的语言体系,任何真正学过的人都能在相同的意义上使用它。即使语言不通,不同国家的科学家们都可以通过连说带比划,加上在黑板上写公式和画图,达成有效的交流,得到可验证的成果,这就是科学的力量。科学是真正的“普世价值”。

在《从大跃进体到吓尿体》这篇文章中,王令隽先生攻击了很多东西。其他的在这里就不提了(也都充满了民科范儿),我们只谈他对量子信息的攻击。这篇文章的特色是,他对量子信息提出了许多气势汹汹的质问。例如这段:

(引用开始)

比如说,“世界第一个量子通信卫星”,要说是世界第一个也对,因为潘建伟的老师或者其他团队没有能够说服有关单位把实验设备放到卫星上去。可是潘建伟游说成功了。但是,把设备搬到卫星上并不意味着实现了天地之间的所谓“量子纠缠隐形传态通讯”。中国发射卫星几十年了,不是第一次。如果有一个特异功能大师坐上宇宙飞船到太空走一遭,是不是就可以呼叫口号“中国人第一次实现了太空特异功能”?用中国人造卫星的成就为自己的科研项目抬轿子,打知名度,赢得对自己项目的舆论与经费支持,正说明了项目主持人的心虚。别老是吹嘘一些没用的,你先实现了简单的空地通讯以后再说。我对通讯的要求非常简单:只要潘建伟团队能够用你们的“量子纠缠”设备传递极简单的话,比如“泰山泰山,我是黄河!”我就承认你们成功了。而且我还不苛求要达到卫星与地面站的通讯,只要你们能够在直升飞机与地面站之间实现通讯,就算你们成功。我还不要求超光速通讯,能达到普通的光速通讯就是成功。

(引用结束)

又如:

(引用开始)

至于说潘建伟“世界第一个制造出量子计算机”,我还是第一次听说过。对此,我的检验标准也很低。我不指望潘建伟能制造出比现在威力最强大的电脑还要强大几千万倍的量子计算机,只要潘建伟能够造出一个功能可以与大妈去超市买东西时使用的只有四则运算功能的小计算器相比,我就算他成功了,而且我还不要求你的量子计算机是袖珍的。体积大些没关系,比如说,像北京体育馆的水立方那么大也行,只要能做简单的四则运算就行。慢点也没关系。

(引用结束)

他的基本意思是:你的成果在哪儿?我看不到啊。然后就以此为基础,大谈他如何揭穿了骗局。

问题在于,潘建伟团队的成果,科学期刊和新闻媒体早就报道了。人家做了什么,都说得一清二楚,是他自己不去看。他不看,难道我还能硬拽着他去看吗?

例如对于墨子号如何实现通信,2017年8月10日的《人民日报》有一篇报道《“墨子号”,抢占量子科技创新制高点》,里面说到:

“量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号,地面接收的方式。‘墨子号’量子卫星过境时,与河北兴隆地面光学站建立光链路,通信距离从645公里到1200公里。在1200公里通信距离上,星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级(万亿亿倍)。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子,一次过轨对接实验可生成30万比特的安全密钥,平均成码率可达1千1百比特每秒。”

这段话中关键的信息是,卫星和地面站过轨对接一次,就可以生成30万比特的密钥,平均成码率可达1100比特每秒。为什么呢?因为量子保密通信的核心技术,就是生成密钥。

有了密钥之后,你用这个密钥把跟它同等长度的明文加密成密文,这个密文就是绝对不可能被数学方法破译的,你有再强的计算能力也不行。这是信息论中的一个定理,是信息论的创始人克劳德·香农(Claude E. Shannon)证明的。

香农

既然密文不可破译,下面你再怎么传输密文,就完全无所谓了,你爱怎么传怎么传。可以在卫星和地面之间用激光直接传输,可以用光纤,可以用电报,可以用电话,可以用电子邮件,甚至用平信都行。这一步没有任何特别的,就是传统的通信。

墨子号成功产生了密钥,就意味着它已经可以传递信息了。只要你愿意,用30万比特的密钥加密任何30万比特的明文,然后用任意的方式传送密文,都是可以的。所以任何懂行的读者都承认墨子号实现了量子保密通信,这篇论文也才能发表在国际顶级学术杂志《自然》上。王令隽先生连这个基础知识都不知道,还在那里问能不能传“泰山泰山,我是黄河!”,不觉得丢人吗?

实际上,如果你愿意,还可以用30万比特的密钥加密比30万比特长得多的明文,然后用任意的方式传送密文。这样安全性会下降一些,因为不等长加密有可能被数学方法破解。不过如果你的信息没那么绝密,这种方法至少给你提供了一种传送大量数据的选择。

2017年9月29日,在世界第一条量子保密通信专线“京沪干线”开通的新闻发布会上,中国科学院院长白春礼通过墨子号与奥地利的地面站,与奥地利科学院院长安东·塞林格(Anton Zeilinger,潘建伟的博士导师)进行了世界首次洲际量子保密通信视频通话。在这里用的,就是墨子号产生的量子密钥以及不等长加密。你觉得他们的通话内容,是不是比“泰山泰山,我是黄河!”多得多呢?

中国科学院院长白春礼(电子屏右侧)在现场通过“墨子号”量子科学实验卫星,与奥地利科学院院长安东·塞林格(电子屏左侧)进行世界首次洲际量子保密通信视频通话

你也许会问:我们平时也经常用密钥,量子密钥跟平时用的密钥有什么区别?回答是:传统的密钥都是预先产生的,然后人工去传递。传递密钥可是出生入死的勾当,难度系数杠杠的,要不然,谍战片里的李玉和、余则成等人哪来那么多可歌可泣的故事?

李玉和

量子密钥的来源,却完全不同。它不是预先就有的,而是通信双方通过一系列的量子力学操作(在墨子号的实验中,是通过卫星发射单个光子,地面站接收和测量单个光子),现场产生出来的。这一系列操作的结果,就是双方都有了一串相同的随机数(比如说010010111100……)。最奇妙的是,你不用看对方的数据,就能够确认对方的随机数序列跟你手里的随机数序列是完全相同的!所以,这段随机数序列能够作为密钥。李玉和同志,不需要你送密电码了,你可以转岗了!

你如果还想问:为什么会这样?回答就是:这是量子力学的特性决定的。

如果你想知道是什么特性,那就是:“在一个基组下测量一个量子态,如果这个态是这个基组中的一个态,那么测量后这个态必然不变;而如果这个态不是这个基组中的一个态,那么测量后这个态必然改变。”

你如果还想问,上面这段话是什么意思,以及量子密钥具体是怎么产生的,那么我的万应回答来了:请参见我的文章《你完全可以理解量子信息》。你如果真的对科学问题感兴趣,就请好好看正经的科普文章,这比看一百篇民科文章要有用得多。

实际上,上面这几段,显示了你跟正规的科学界人士交流的基本模式。你提一个问题,得到一个简短的回答。如果你想了解更多,那么他会告诉你一个较长的回答。如果你还想了解更多,那么他会告诉你参考文献,让你系统地去学习。

总之,就是每一层次的问题都有相应的回答。最初的一句话背后,可能有十句话、一百句话、一千句话在作后盾。也许你一开始只是想问一个问题,但如果你一路问下去,最终回答者会把整本教材端上来。

这也是科学家信心的来源,因为他们说每一句话的时候,都知道自己实际的意思是什么,能用哪些数学公式表示,能用哪些实验验证。

而民科就不一样了。一开始他们可能会显得侃侃而谈,好像知道很多的样子,但稍微多问一点,你就会发现他们说来说去总是那一套,他们自创的语言体系。这时候你就知道不用跟他们交流下去了,因为这些人已经陷在自己的世界当中了,极度的自大遮蔽了他们的视线,扭曲了他们的思维,再跟他们多谈只是浪费时间。

再来解释一下王令隽对量子计算机的问题。他说“至于说潘建伟‘世界第一个制造出量子计算机’,我还是第一次听说过”。实际上,正规的新闻说的本来就不是潘建伟团队制造出世界首台量子计算机(因为对于什么是真正的量子计算机,没有公认的定义),而是世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机(这是一个有明确意义的概念)。

例如2017年5月4日的《人民日报》,第一版报道了短讯《世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在中国诞生》,里面说“相关报道见第十二版”(可见对这条新闻有多重视了)。在第十二版的详细报道《量子计算机,开启中国速度》中,说得很清楚:

“实验测试表明,该原型机的‘玻色取样’速度不仅比国际同行类似的之前所有实验加快至少2.4万倍,同时,通过和经典算法比较,也比人类历史上第一台电子管计算机(ENIAC)和第一台晶体管计算机(TRADIC)运行速度快10—100倍。”

如果你还是看不懂,我再来解释一下。量子计算机不是对任何问题都比经典计算机算得快,而是对于一些特定的问题比经典计算机算得快。也就是说,如果你问的问题不对,那么量子计算机没什么用处,而如果你问对了问题,量子计算机就可以给你带来革命性的进步。

在这个工作中,这个特定的问题叫做“玻色取样”。在这个问题上,潘建伟团队的光量子计算机超过了最早的经典计算机ENIAC和TRADIC。这是第一次有一台量子计算装置在一个问题上超过了经典计算机(即使是最早的经典计算机),所以科学家们都公认这是一个重大的成果。至于王令隽问的“大妈去超市买东西时使用的只有四则运算功能的小计算器”,量子计算机本来就不是用来干这种事的,没有人把它作为研究的目标。

如果你还想了解更多,那么又是我的万应回答:请参见我的文章《你完全可以理解量子信息》。你如果真的对科学问题感兴趣,就请好好看正经的科普文章,这比看一百篇民科文章要有用得多。

所以你看,王令隽问的那些问题,《人民日报》都早已明确地回答了。放着权威报道不看,自己脑补一通,然后煞有介事地分析一番,论证自己是个天才,这是一种什么精神?这就是民科的典型行为方式。

王令隽批判的那种“世界第一个制造出量子计算机”的说法,来自哪里呢?据此文说,是网易上一篇“冯站长之家”的文章,题目是《痛心!这位中国科学家,创五个世界第一,是中国离诺贝尔最近的人,却被同胞如此质疑……》。好吧,专业人士一看就知道,这位冯站长科学水平不高。无论如何,没有人会把冯站长的说法当成权威说法,——你会吗?

请问:如果在《人民日报》和冯站长之间选择,你更重视谁?

正常人的回答都会是:《人民日报》。

(《人民日报》:这是我被黑得最惨的一次!)

【这是我被黑得最惨的一次】

可是王令隽先生却放着《人民日报》不读,揪着冯站长大战,这是搞什么鬼?

回到开头。所以我在看到这位朋友发来王令隽此文后,不禁问他:

我告诉你A是A,此人说有人说A是B,然后煞有介事地论证半天A不是B,而是C,你让我怎么办?

我也很绝望啊

作者简介:袁岚峰,中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员,科技与战略风云学会会长。


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  • 发表于 2017-12-15 00:00
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