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宇宙深處的沈默:先進文明的量子通訊或是我們未見其蹤影的原因?

2024-08-10科學

與外星智慧生命建立聯系,是許多科學家和天文愛好者夢寐以求的探索目標。自20世紀60年代以來,人類就一直在尋找外星文明的訊號,但至今尚未成功。最近,一項新的研究提出了一種可能的通訊方式——量子通訊,它或許能為我們與星際間的文明建立聯系提供新的可能性。

量子通訊與傳統通訊方式相比,具有許多優勢,例如傳輸速度快、安全性高。然而,要實作量子通訊,我們需要一個巨大的接收器,直徑超過100公裏,才能捕捉到來自遙遠星際的訊號。遺憾的是,目前我們的技術還無法達到這樣的水平。

尋找外星文明的訊號,是在「搜尋地外文明智能」(SETI)專案的框架下進行的。1960年,法蘭·德雷克開啟了首次搜尋。盡管最初的嘗試沒有結果,但此後科學家們利用大型射電望遠鏡進行了許多搜尋專案。其中,突破專案(Project Breakthrough)因其使用先進技術和國際合作而備受關註,但至今仍未取得突破性進展。

為了有效地搜尋外星訊號,我們必須深入理解通訊的本質。通訊理論的發展始於1948年,到了1959年,科學家們提出,人類技術已經能夠發送或接收星際間的資訊。資訊的傳輸需要三個要素:資訊內容、發送者和接收者。

隨著時間的推移,通訊理論不斷發展,量子資訊理論應運而生。這一理論探討了量子力學如何影響資訊的儲存和傳輸。量子位元(qubit)是量子資訊理論的核心,它由於量子疊加現象,可以同時處於多個狀態。與經典資訊理論中的位元(只有0或1兩種狀態)不同,在量子理論中,量子位元可以是無限多的組合,每種組合都有一定的概率,直到被測量時才塌縮為一個確定的狀態。

量子纏結是量子理論的另一個關鍵概念。當兩個或多個粒子纏結在一起時,它們的狀態將無論距離多遠都相互關聯。透過量子纏結,數據處理的速度可以比傳統模型快得多,而且更加安全。愛丁堡大學的拉瑟姆·博伊爾在一篇論文中提出,使用量子通訊在恒星之間發送或接收資訊是可能的。此前,阿傑恩·貝拉拉的研究提出,光子量子位可以用於在星際甚至星系間傳輸資訊,而不會失去相幹性。

量子相幹性描述了維持特定量子狀態的能力,但這對於通訊來說還不夠。通訊通道還必須有足夠的容量。此外,還需要使用特定的波長,以避免與宇宙微波背景的幹擾。為了實作這一點,我們需要直徑為100公裏的射電望遠鏡。目前,我們還無法建造如此龐大的儀器,這也許能解釋為什麽在如此浩瀚且古老的宇宙中,我們還沒有探測到任何外星文明的訊號。

我們可能需要等待技術的進步,直到我們能夠建造出足夠先進的儀器,才能與外星文明進行通訊。在那之前,讓我們繼續保持好奇和探索的精神,不斷尋找宇宙中的其他智慧生命。