■編者按
近來，一篇堪稱實名舉報國外某知名量子科學研究組的文章在陌陌圈傳開了。這篇文章措詞異常激烈，又涉及到國外科技界的知名人物，很容易火。本文作者的同學群內對此展開了一番討論，截圖如下：
通常的舉報是須要有關部門或專業記者去調查查證的。但這份舉報的內容大部份在科學層面，一個合格的科普作者完全可以把這件事情解釋清楚。
這篇舉報文章開篇就提到量子不可克隆定律，整個量子通訊（實際上叫量子秘鑰分配更確切）行業是基于量子不可克隆定律發展上去的。其中的第一舉報人去年9月發表了一篇文章，說這個定律是錯的。
這是一篇不久前剛發表的文章，而被舉報的人們在這個行業早已做了20年了。退一萬步，即使這篇文章是正確的，也是科學界的新認識。也不能借此來舉報之前不曉得的人啊！
哪些是量子不可克隆定律？讓我們先解釋哪些是克隆，克隆就是拷貝、就是復制。您在自己的筆記本上復制一個文件，就是克隆。若果以字母A代表您的文件里的所有信息，克隆就是把一份信息弄成了兩份：
這個表達式對于作為筆記本用戶的您早已足夠清楚，但在化學層面并不確切。由于你的文件是存在c盤或閃存芯片上面的，那部份儲存空間原先也有內容，可能是低格過的，也可能富含廢棄的數據，用X代表新儲存空間里原先的內容，克隆的確切數學表達式是：
無論A還是X的具體數值是如何的，您的筆記本都可以完成上述操作。但假如A和X是量子信息而不是普通計算機上的精典信息，這些操作是不可能的。量子態不可克隆定律告訴我們，不可能設計出復制量子數據的機器或程序。
為何不可克隆定律和量子通訊緊密相關？量子通訊使用單個光子傳輸信息（我們現今的光纖通訊，發送精典信息，使用一個激光脈沖，數目極其多的一團光子來傳輸），光子有兩個基本的偏振光方向，水平或垂直，假如拿來傳輸精典信息一個光子可以作為一個比特分別代表0和1。但光子的量子狀態可以是這兩種基本偏振光的任意組合，以復數為系數的任意線性組合。對應著不僅僅是光子在任何方向的線偏振光，還包括轉著圈的圓偏振光。量子通訊中的光子是一個量子比特，不是非0即1量子通訊潘，而是由0和1來組合。量子信息比精典信息豐富得多。
假定在戰場上敵方找到了我們的通訊光纖，她們可以切斷它，但監聽常常比切斷通訊對敵軍更有利，這就要求同時保持通訊不中斷。量子通訊使用單個光子通訊，敵軍假如監聽必須復制這個光子的狀態，把其中一個光子轉給我們的接受者，另一個留給自己剖析。量子態不可克隆原理促使竊聽量子通訊顯得理論上不可能。
通常光子態是0和1的一個組合，倘若不是事先曉得被接收光子的量子態，任何接收器只能隨機地收到0或則1。無論收到的是0還是1，都不能代表原先的量子態。量子熱學中的檢測總是破壞了原先的狀態的，所以量子態不可能被復制。（讀到這兒，你可能要問那我們究竟如何接收量子信息呢？你須要去讀我給出的參考書。那兒面會解釋量子秘鑰分配的巧妙合同。）
量子不可克隆定律的證明雖然相對簡單，要不了幾行公式。我這兒給有物理基礎的讀者解釋一下，其他讀者可以跳過下邊這段。
我們曉得一個量子態是一些基本態的線性組合，一個量子比特是|0>和|1>的組合，兩個量子比特是4個態：|0,0>、|0,1>、|1,0>、|1,1>的組合。在量子熱學中，我們習慣把量子態寫在一個半尖角括弧里。兩個量子比特（或則一個量子系統的兩部份）組成的量子態，可以用|A,B>這些“直乘”的方式表示。
任何一個對量子態操作的機器，其實必須遵循量子熱學的薛定諤多項式，在不同的場景下，薛定諤多項式的抒發方法會很不同。但薛定諤多項式有一個基本的性質：它只不過是讓量子態從一個組基本態的線性組合弄成了同樣這組基本態的一個不同的線性組合；而且這些變化自身也是線性的。也就是說，假如在同樣的操作下，狀態A弄成了D量子通訊潘，狀態B弄成E，這么A+B會弄成D+E。
對于學過線性代數的讀者，我們可以說量子熱學的演進永遠是對量子態的線性變換，更確切地說，是一個幺正變換。了解量子熱學的線性屬性就足以證明不可克隆定律：
假定能引起一個量子克隆（打印）機，用C來代表（它是線性代數中的一個矩陣，量子態是一個向量）。也就是說對于任何A和X，它可以復制A：
這么它自然也可以復制狀態B以及狀態A+B：
但是運用量子力學的線性：
看到了嗎？這兩個表達式自相矛盾了。所以C是不可能存在的。
舉報人說，這個對于專業人士并不難理解的定律，在提出40年后，被他證明是錯的。他既然早已發表了論文，按科學界的規矩就應當接受同行檢測。不過向在做化學前沿研究的同事們尋問了一下，她們并沒有據說過《現代基礎數學學刊物》，倒是據說過那位作者，他之前仍然想推翻相對論。
假如他的文章正確，那將是很重要的；用一位業內人士的話：相當于發覺了超光速。我的想法，作者假如擁有如此重要的成果，大可毋須靠舉報考人來求關注。推進這篇文章獲得同行認同，那他將來即使得不到諾貝爾獎，也會比他舉報的人更出名。
關于不可克隆定律，舉報人講了4點，不僅列出自己的論文，第2點引用了一位日本學者的文章，但那篇文章被業界覺得是錯的。第4點是這樣說的：
這一段把數學概念講錯了。他的意思大約是說你量子通訊無非就是發送水平或垂直偏振光的光子，制備水平或垂直偏振光的光子，我莫非不會嗎？誰說不能克隆？假如你事先曉得了入射光子的量子態，你其實可以制備相同狀態的光子。但在監聽通訊的過程中，你接收的是未知狀態的光子。我們之前解釋過，此時的光子處在一個未知的混和偏振光的狀態，你的接收器只能隨機地把它接收成水平或垂直偏振光，根本不可能曉得它原先的狀態，更不可能復制這個未知的狀態。
他講的第3點，倒是十分有趣，值得花更多篇幅討論。
所謂激光是對量子的克隆，應當說的是受激幅射，這是激光器所依賴的化學現象。假如把物質中的大部份原子的一個電子都弄到一個高的基態上，原子會有兩種形式的幅射：首先電子會自己跳下到低的基態，發出特定頻度的光子，這是自發幅射；其次假如正好有一個同樣頻度的光子經過，都會帶下來另一個光子，這就是受激幅射。被受激幅射帶下來的光子，和入射的光子的運動方向、偏振方向完全一致，處在一個量子態上。在這樣的物質中，一個光子經過好多原子，可以雪崩一樣地帶出大量相同狀態的光子。這看上去的確像是克隆了光子。
受激幅射
受激幅射對于不可克隆定律的梗兒，業內的頂尖專家是曉得的。答案在那里呢？當一個光子經過一個原子時，原子可能形成受激幅射，但依然也可能發生自發幅射，而自發幅射的方向是隨機的。薛定諤多項式給我們的答案，是所有可能性的疊加。所以即使受激幅射自身似乎實現了光子克隆，但真正被帶下來的光子混和了自發幅射光子的狀態，并不是入射光子的克隆。早已有人在理論上嚴格證明，由于這些不可防止的混和，受激幅射不可能拿來克隆光子的。實驗化學學家告訴我們，用受激幅射可以弄成光訊號放大器，但若果入射的是單光子，下來的完全是噪音。
激光器則擁有一個共振腔，選擇特定的光子態進行放大，壓制了自發幅射。這些機制不能拿來放大一個未知狀態的光子。
綜上所述，這幾個舉報人關于量子態不可克隆定律的意見，基本可以確定在科學上是完全錯誤的。她們還有一些別的意見，但把一個科學概念和成果給普研讀者解釋清楚，早已不容易了，就不浪費篇幅進一步剖析了。被舉報的研究組會不會回應？記得郭德綱有過一段知名的話：理睬你就輸了。
最后再說一句，關于量子通訊的研究，在科學上是完全沒有問題的。瞧瞧這個研究小組在《自然》這樣的頂尖科學刊物發表的論文，要有問題也要首先問責這種國際頂尖期刊的審稿。并且量子通訊的應用價值和商業價值，這是可以有爭辯的議程。
參考書：《從零開始看懂量子熱學》《量子信息簡話》
本文2022年12月5日發表于陌陌公眾號化學博士看天