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宇宙深处的沉默:先进文明的量子通信或是我们未见其踪影的原因?

2024-08-10科学

与外星智慧生命建立联系,是许多科学家和天文爱好者梦寐以求的探索目标。自20世纪60年代以来,人类就一直在寻找外星文明的信号,但至今尚未成功。最近,一项新的研究提出了一种可能的通信方式——量子通信,它或许能为我们与星际间的文明建立联系提供新的可能性。

量子通信与传统通信方式相比,具有许多优势,例如传输速度快、安全性高。然而,要实现量子通信,我们需要一个巨大的接收器,直径超过100公里,才能捕捉到来自遥远星际的信号。遗憾的是,目前我们的技术还无法达到这样的水平。

寻找外星文明的信号,是在「搜寻地外文明智能」(SETI)项目的框架下进行的。1960年,弗兰克·德雷克开启了首次搜寻。尽管最初的尝试没有结果,但此后科学家们利用大型射电望远镜进行了许多搜寻项目。其中,突破项目(Project Breakthrough)因其使用先进技术和国际合作而备受关注,但至今仍未取得突破性进展。

为了有效地搜寻外星信号,我们必须深入理解通信的本质。通信理论的发展始于1948年,到了1959年,科学家们提出,人类技术已经能够发送或接收星际间的信息。信息的传输需要三个要素:信息内容、发送者和接收者。

随着时间的推移,通信理论不断发展,量子信息理论应运而生。这一理论探讨了量子力学如何影响信息的存储和传输。量子比特(qubit)是量子信息理论的核心,它由于量子叠加现象,可以同时处于多个状态。与经典信息理论中的比特(只有0或1两种状态)不同,在量子理论中,量子比特可以是无限多的组合,每种组合都有一定的概率,直到被测量时才坍缩为一个确定的状态。

量子纠缠是量子理论的另一个关键概念。当两个或多个粒子纠缠在一起时,它们的状态将无论距离多远都相互关联。通过量子纠缠,数据处理的速度可以比传统模型快得多,而且更加安全。爱丁堡大学的拉瑟姆·博伊尔在一篇论文中提出,使用量子通信在恒星之间发送或接收信息是可能的。此前,阿杰恩·贝拉拉的研究提出,光子量子位可以用于在星际甚至星系间传输信息,而不会失去相干性。

量子相干性描述了维持特定量子状态的能力,但这对于通信来说还不够。通信信道还必须有足够的容量。此外,还需要使用特定的波长,以避免与宇宙微波背景的干扰。为了实现这一点,我们需要直径为100公里的射电望远镜。目前,我们还无法建造如此庞大的仪器,这也许能解释为什么在如此浩瀚且古老的宇宙中,我们还没有探测到任何外星文明的信号。

我们可能需要等待技术的进步,直到我们能够建造出足够先进的仪器,才能与外星文明进行通信。在那之前,让我们继续保持好奇和探索的精神,不断寻找宇宙中的其他智慧生命。