奇妙量子世界：人人都能看懂的量子科學漫畫

第一章

歐洲中部時間2016年 11月30日至12月1日，分佈在世界各個角落的10萬個擁有自由意志的智慧生物——人類，自發地坐在電腦前，登錄了一個神祕的網站——「大貝爾實驗」（the big bell test）官方網站。隨後，他們進入一個類似神廟逃亡的小遊戲，認真地玩了起來。
表面上看，他們在沉迷遊戲，浪費生命。實際上，這個「遊戲」網站的伺服器，正在將他們玩遊戲過程中即時輸入的大量資料收集起來，透過物理學家開展的一場「大貝爾實驗」，向「上帝」發起攻擊！
「大貝爾實驗」之所以向「上帝」發起攻擊，是想弄清楚愛因斯坦口中的那個等同於物理定律的 「上帝」，是不是真的「不擲骰子」，是不是真的創造了一個完全隨機的量子世界。
在90多年前，一群物理學家基於微觀粒子世界的實驗現象，總結出了一套全新的物理定律，這就是愛因斯坦也是量子力學的奠基人之一，但量子力學創立沒多久，他就和量子力學的另一個「大股東」波爾發生了激烈的爭論。這是因為，在量子力學的實驗中，物理學家從一模一樣的初始條件出發，總是會隨機地得到不同的結果。
例如，如果一個光子處於↑方向偏振和→方向偏振的疊加狀態中，那麼當物理學家在放置一個沿著水準方向測量光子偏振的儀器時，儀器就會有一定概率測出→偏振的結果，以一定概率測出↑偏振的結果。每次實驗得到什麼結果，看起來都是隨機的。
按照愛因斯坦的理解，這種隨機性是一種表面現象。在它的背後，存在一種人類還不知道的「局域隱變數」。一旦我們弄懂了這種變數，就可以完全計算出每一次實驗的「隨機結果」，量子力學裡並不存在真正的隨機。也就是說，愛因斯坦認為「上帝」不擲骰子。
在量子力學中，存在一種人類還不知道的「局域隱變數」，一旦我們弄懂了這種變數，就可以完全計算出每一次實驗的「隨機結果」。
波爾的看法剛好相反。他認為，世界上不存在「局域隱變數」。量子力學的隨機不是偽裝的隨機，而是任何手段都無法操縱的真隨機。換句話說，「上帝」肯定會擲骰子。

第一章

歐洲中部時間2016年 11月30日至12月1日，分佈在世界各個角落的10萬個擁有自由意志的智慧生物——人類，自發地坐在電腦前，登錄了一個神祕的網站——「大貝爾實驗」（the big bell test）官方網站。隨後，他們進入一個類似神廟逃亡的小遊戲，認真地玩了起來。
表面上看，他們在沉迷遊戲，浪費生命。實際上，這個「遊戲」網站的伺服器，正在將他們玩遊戲過程中即時輸入的大量資料收集起來，透過物理學家開展的一場「大貝爾實驗」，向「上帝」發起攻擊！
「大貝爾實驗」之所以向「上帝」發起攻擊，是想弄清楚愛因斯坦口中的那個等...

序 言 一
2014年年底，「星際穿越」(Interstellar)在中國上映，我們全家去觀看了這部非常棒的科幻電影。觀看結束後，孩子們向我提出了許多關於黑洞和星際旅行的問題，有些我可以回答，有些我不能確定。2015年，我們邀請中國科學院高能物理研究所的張雙南教授來到中國科學技術大學，做了一場與「星際穿越」有關的科普報告。除了我們的教授和博士生們，還有很多家屬也來旁聽。

那場報告非常成功，無論是物理學專業的學生，還是沒有相關專業背景的聽眾，大家都被黑洞的知識深深地吸引。報告結束後，許多人圍繞著張雙南教授提問，也有人來詢問我關於量子通訊和量子運算的知識。讓我驚訝的是，來提問的大部分是中小學生，而且他們問題的水準很高，很多想法充滿想像力，並且顯示了他們對感興趣的知識頗有研究。

這引發了我的思考——如果我們能夠定期舉辦一個科普論壇，讓公眾和科學家們面對面，讓科學家們用通俗易懂的語言，解釋他們正在從事的趨勢型的科學，這不是非常棒嗎？

在一次午餐會議上，我們團隊的教授們確定了這個論壇的名字——墨子沙龍。墨子是中國的「科學聖地」，他在世界上首次提出了「光沿直線傳播」這一理論。中科大的原副校長錢臨照先生曾經致力於研究中國古代科學成就，並公正、嚴謹地總結了墨子的科研和社會貢獻，這讓我們驚喜地發現，原來在中國古代，也有如此偉大的科學家。出於這種文化自信，在我們的建議下，中科院將全球首顆量子科學實驗衛星命名為墨子號，以鼓勵更多年輕人繼承墨子的科學精神。

在舉辦活動的過程中，我們發現，只是報告還遠遠滿足不了大家對科學瞭解的需求。一次報告可以讓幾百人來現場聽，但是放到網路上以後，一小時的影片大家往往無法坐著一直觀看。我們一直在思索更好的方式。墨子沙龍的工作人員朱燕南在一次活動中遇到了 Sheldon 科學漫畫工作室的專業漫畫家，交流之後他們一拍即合。正值團隊實現了首個超越早期經典電腦能力的光量子電腦原型機，於是墨子沙龍與 Sheldon 合作了第一篇漫畫《5分鐘看懂中國最新的量子電腦》，此後又陸續製作了數個關於團隊最新研究成果的漫畫，都獲得了很好的效果。

漫畫是一種非常好的傳播形式。科學知識，尤其是趨勢科學，可能讓很多人望而卻步，而幽默風趣的圖畫和文字則讓人易於接受。墨子沙龍和 Sheldon 科學漫畫工作室聯合推出的量子系列科普漫畫，不僅受到公眾的喜愛，在科學界也擁有眾多粉絲。曾經有一位院士對《物理學家在絕對零度附近，觀察原子 「戀愛」和分子「分手」》漫畫相關論文的作者趙博教授說，讀了這篇漫畫，就懂了他的工作了。有趣的是，這無形之中對科學家也有很大的幫助，在2018年舉辦的國際量子密碼大會上，量子密碼的奠基人之一 Brassard 教授就引用了我們製作的漫畫圖片。

現在，我們將這些漫畫集結成冊，希望它成為讀者手邊的一本輕鬆小品，或是身邊一位有趣的量子老師。如果有讀者從中發現難以抗拒的量子世界的魅力，立志要學習量子物理、從事量子科技研究，那麼科學的大門正為你敞開。

潘建偉

序 言 一
2014年年底，「星際穿越」(Interstellar)在中國上映，我們全家去觀看了這部非常棒的科幻電影。觀看結束後，孩子們向我提出了許多關於黑洞和星際旅行的問題，有些我可以回答，有些我不能確定。2015年，我們邀請中國科學院高能物理研究所的張雙南教授來到中國科學技術大學，做了一場與「星際穿越」有關的科普報告。除了我們的教授和博士生們，還有很多家屬也來旁聽。

那場報告非常成功，無論是物理學專業的學生，還是沒有相關專業背景的聽眾，大家都被黑洞的知識深深地吸引。報告結束後，許多人圍繞著張雙南教授提問，也有人來...

第一章 他們從全球招募10萬人，向「上帝」發起攻擊
第二章 星光下的貝爾實驗
第三章 如何產生器件無關的量子亂數？
第四章 量子密碼學是怎麼來的？
第五章 5分鐘看懂「墨子號」量子衛星的千公里級量子糾纏分發
第六章 量子衛星如何從千公里高空，把光子撒進地上的小鏡子裡？
第七章 物質的本質是資訊嗎？5分鐘看懂中國地星量子隱形傳態實驗
第八章 如何在太陽光下，找到藏著量子金鑰的單個光子？
第九章 量子通訊京滬幹線的原理是什麼？它是怎麼造出來的？
第十章 中國科學家首次實現不傳輸任何實體物質的「反事實通訊」
第十一章 5分鐘看懂中國最新的量子電腦
第十二章 刷爆朋友圈的量子糾纏態，你動動滑鼠就能做出來
第十三章 整體思維怎麼「整」？量子運算有妙用
第十四章 物理學家在絕對零度附近，觀察原子「戀愛」和分子「分手」
第十五章 超低溫下測量原子間作用力，能否破解化學反應的奧祕？

第一章 他們從全球招募10萬人，向「上帝」發起攻擊
第二章 星光下的貝爾實驗
第三章 如何產生器件無關的量子亂數？
第四章 量子密碼學是怎麼來的？
第五章 5分鐘看懂「墨子號」量子衛星的千公里級量子糾纏分發
第六章 量子衛星如何從千公里高空，把光子撒進地上的小鏡子裡？
第七章 物質的本質是資訊嗎？5分鐘看懂中國地星量子隱形傳態實驗
第八章 如何在太陽光下，找到藏著量子金鑰的單個光子？
第九章 量子通訊京滬幹線的原理是什麼？它是怎麼造出來的？
第十章 中國科學家首次實現不傳輸任何實體物質的「反事實通訊」
第十...