每日一书：《猫、爱因斯坦和密码学 ：我也能看懂的量子通信》。图解 10 大量子实验，回眸 15 位科学家天才。漫画图解薛定谔的猫，相声辩论贝尔不等式，谍战片解密量子通信协议，一本有趣的科普书。2016 年 8 月 16 日，“墨子号”，一枚中国制造的量子通信终端卫星，在全世界的眼皮底下冲出实验室，飞向太空。自从 1900 年普朗克发明 “quantum” 这个单词至今，量子终于从哲学辩论会的题材，变成了魔法般的黑科技。基于量子纠缠，能造出比现在快 1 亿倍的量子计算机；而超距作用和贝尔不等式，把量子纠缠变成了加密通信领域的终极武器。正如量子力学大师兼撩妹大师理查德・费曼的名言：“从前，据说世界上只有 12 个人懂相对论 —— 我可不信。也许曾经只有 1 个人懂相对论，但当人们看了他的论文以后，懂的人肯定不止 12 个。然而另一方面，我可以有把握地说，没有人懂量子力学。”—— 换句话说，谁要是觉得自己彻底搞懂了量子力学，那他肯定不是真懂。玻尔总结了量子世界的三大基本原则：①态叠加原理在量子世界里，一切事物可以同时处于不同的状态（叠加态），各种可能性并存。比如在双缝干涉实验中，一个光子可以同时处在左缝和右缝。这种人类无法想象的叠加态，才是最普通不过的本质形态；而在我们看来 “正常” 的非黑即白，才是一种特例。②测不准原则叠加态是不可能精确测量的。比如，精确测出了粒子的位置，但它的速度却永远测不准！这并不是因为仪器精度不够高，其实，仪器再好都没用。这个 “不可能” 是被宇宙规律所禁锢的 “不可能”，而非 “有可能但目前做不到”。③观察者原理虽然一切事物都是多种可能性的叠加，但是，我们永远看不到一个既左且右、又黑又白的量子物体。只要进行观测，必然看到一个确定无疑的结果。至于到底看到哪个态则是随机的，其概率高低取决于叠加态中哪个态的成分居多。近百年来，已经无法统计人类到底做了多少次双缝干涉之类的量子实验。面对神秘的量子世界，物理学家们非但没感到害怕，反而像闻到血腥味的鲨鱼一样猛扑上去，从各种角度挑战规则，直至把 “上帝” 本人逼到了死角。量子力学，在爱因斯坦看来，就是一种不和谐（不完备）的理论。比如，量子力学的核心思想是：微观世界的一切只能用概率统计来表达，而具体到单个的粒子，它的状态是不确定的叠加态。把这个粒子放大亿亿亿亿倍，就成了薛定谔的猫。宇宙的尺度是以 “亿光年” 为单位计的，在恢宏的空间中，银河系一边发生的任何事情，不可能立即对彼岸的世界造成影响 —— 这就叫 “局域性”。就算此时此刻太阳爆炸了，我们还能逍遥自在地活八分钟，因为八分钟后光才来得及从太阳飞到地球。而对粒子 A 的观测，居然瞬间让远方的粒子 B 的量子叠加态坍缩了？这被爱因斯坦斥为 “幽灵般的超距作用”。讽刺的是，贝尔原来是爱因斯坦的忠实信徒，人家下了班不去约会而去搞不等式，原来就是为了证明量子力学错了！更讽刺的是，那个加 “延迟选择” 的高级版实验。还是贝尔建议阿斯派克特做的，这让贝尔情何以堪…… 如果单独看每一档，不过是最简单的恺撒替换法而已；但每敲一个字，转子就像左轮手枪一样转动一档，自动切换成不同的替换模式。输入 26 个字母后，每个字使用的替换模式都不同，让依赖频率分析、概率统计的破解方法从此无的放矢。这，就是复式替换的威力。1940 年 11 月 12 日，希特勒命令德军出动 500 架飞机轰炸考文垂，行动代号 “月光奏鸣曲”。此举一为摧毁考文垂的工业设施，二为试探英军是否有破译英格玛的可能。英军完全有能力调兵防御，但这样就验证了德军的怀疑，暴露英格玛已被破解的事实。丘吉尔最终决定丢卒保车，不做任何增援。11 月 14 日夜，德军轰炸机投下 5 万枚炸弹，将考文垂市区夷为平地。市民死伤 5 千余人，5 万所房屋化为灰烬。攻击量子通信的唯一方法，不是窃听、破解，只能是干扰。例如用强激光照射接收器将其 “致盲”，量子信道被干扰成乱码，把敌我双方拉回到同一起跑线。毕竟，量子通信的特长是反窃听，而不是抗干扰呀。

上周的一天，孩子放学时心情明显不好，我问他是不是有不开心的事情，他沉默了老大会才说，有同学问他知道墨子号通讯卫星吗？孩子说他知道墨子，不知道墨子号卫星是干嘛的，那个同学嘲笑他连这个都不知道真笨。身为一个也只知道墨子不知道墨子卫星的老母亲，第一反应是现在小学生都这么卷了？然后安慰孩子，没事，我也不知道。可后面那句我不觉得不知道这个就代表笨的安慰还没来得及说，孩子一脸严肃对我说了一句 “妈妈，你这样不行，会被社会淘汰的。不会的就得搜搜呀。” 被刺个透心凉的老母亲一下子风中凌乱了。赶紧一搜，才知道墨子号通讯卫星是世界第一个量子通讯卫星。紧接着，十万个为什么宝宝上线的孩子问我什么是量子通讯？惭愧的老妈低头，关于量子我只知道薛定谔的猫和双缝衍射，自己都不知道量子通讯怎么给孩子解释，只能心虚地说，我知道一点点，关于量子和猫的事。孩子一脸疑惑，什么猫？穿靴子的猫？猫和那个卫星有什么关系？这个猫是薛定谔的猫，它被装在一个密封的箱子里。在猫旁边有个装置，里面有个原子，如果这个原子变化了（衰变），会发出一道光（射线），启动装置开关，就会有一把锤子打碎装毒药的瓶子，把猫毒死。如果这个原子不变化，猫就能一直活着。按照量子理论，如果你不去看这只猫，这个猫就永远处于既生又死的状态。可如果你想确定这只猫的状态，它的生死就由你看到它的瞬间决定了。简单地说，就是你能看死或者看活一只猫。我尽最大的努力解释了，虽然孩子很久以前就理解了原子，也知道光的波粒二象性，可是这个猫明显不在他的理解范围内，因为他说，妈妈你骗人，我怎么可能把猫看死或者看活，再说，哪有既死又活的猫？我也觉得这个像骗人，可证明光的波粒二象性的双缝衍射实验结果，用事实证明，它是真的。可惜本学渣能力有限，给孩子解释不清它有多真，只能告诉孩子先写作业，等有空再给他解释。然后，趁空闲时间老母亲我就开始找关于量子通讯的书。按照本学渣的智商和专业，那些高深的书是完全看不懂。直到我搜到这本《猫、爱因斯坦和密码学》，号称只需要初中水平，就能像看侦探小说一样看明白这本量子通讯科普书。趁中秋放假，我看完了这本书，字数不多，读起来很快，即使像我这样的学渣也只用了不到一个小时就看完了。不过书本的内容足够本学渣基本理解什么是量子通讯了，真的名副其实！一、没有高深的公式，没有专业的名词，语言风格通俗易懂又轻松有趣。比如书里介绍爱因斯坦和玻尔关于贝尔不定式的 battle，用了讲相声的模式，上来就把读者担心看不懂的紧张心情给整轻松了。书里还善用了不少梗，比如这个：“是时候 @爱因斯坦了”。看到这句话，老母亲脑海里马上想起来那句 “是时候呼叫超级飞侠了”。如果是孩子们看这本书，估计脑海里都要响起主题曲了。二、情节设计紧凑巧妙，让人忍不住一口气看完，还想二刷三刷。
比如双缝衍射实验，从最简单的开始讲解，然后一步一步增加难度，像打怪升级一样，跟着书的思路，最后站在胜利之巅，完整地了解了双缝衍射实验近 200 年的历程。三、简单扼要地介绍了量子和密码，最后组合成了量子通讯。
书的前三章，主要介绍量子力学，重点在量子世界的三大基本原则：态叠加，测不准，观察者。量子世界像一团充满无限可能的混沌，测不准，说不清，如果你真的想看清，拿仪器去精确观测，那在你观测的时候，它就由混沌坍缩成一个确定的状态，这个过程还不可逆。如果一个粒子受到高速撞击，会分解成一对量子纠缠的小粒子。按照量子三大基本原则和能量守恒，这一对小粒子能量相等又互为阴阳。没观测前，它们是混沌的叠加态，不知道每个粒子的具体形态，只知道他俩相反。只要观测其中一个，坍缩成一个具体形态，比如朝上，那另一个粒子就坍缩成朝下。这两个粒子可以超距作用，不论多远，它们都符合上面量子纠缠的情形。这个连爱因斯坦也觉得难以置信的现象，已经通过贝尔不定式理论以相关实验的验证，被证实是真的，也是量子通讯的基础。书的后两章，从密码如何被创立应用开始，一直讲解到现在密码面临的被破解被窃听的安全危机，以及量子为什么是解决这个危机的天选之才。根据量子纠缠，一对粒子，一个发出去，一个在手里。只要有人窃听发出去的信息，被听的粒子马上就坍缩了，留在手里的粒子跟着坍缩成相反状态，立即暴露了通讯被窃听的事实。只要被窃听就会被发现，这种无条件的安全，就是量子通讯的优点。四、精心的配图和有趣的注释。
在这本书里，连配图和注释都能让人眼前一亮，又让人深思。比如凯撒大帝的扑克牌配图和注释，看密码学顺便还增加了一点历史知识。比如在密码学历史上占有一席之地的阿兰・图灵，居然因为同性恋被逮捕最后自杀。如此结局，让人猛然想起来因为支持日心说被烧死的布鲁诺，不由唏嘘。总体感觉，如果孩子上中学，对量子感兴趣，这本书可以让他自己看。再小点的孩子，父母看完，可以给他大概讲解一下量子通讯。对我这个学渣老妈来说，足够了，毕竟咱就一普通人，不搞科研，就像计算机，我会用就行，没必要精通它的原理，能给孩子解释个大概就可以了。给孩子讲这些，不在乎他明不明白，其实只是想满足一下孩子的好奇心，培养下孩子的兴趣，顺便引导他自己思考。比如我们家，我给孩子解释完，他的关注点在超距离传送上。问我，发射到火星上行吗？发射到太阳系外面行吗？我说理论上行的时候，看到孩子的眼睛亮晶晶的，感觉孩子的思绪好像也飞出去老远了。不过，我的关注点没跑远，他忘记了，我可还记得他为什么不高兴，我为什么被迫看了一本量子力学的书（当然，这本书很好看，我觉得挺开心）。下面，是一个贴心（中二）妈妈的哄睡（忽悠）孩子时间：“你说，量子一被观测就坍缩，失去了原本无限可能的样子，对吧？”“嗯。”“量子是组成这个世界的基础，也包括你。”“啊，对呀。”“那如果你把自己想象成量子，拥有无限可能好还是只有一个形态好？比如说，你想要以后可能当宇航员也可能当考古学家，还是想要现在就确定以后只能当工程师？”“恩，我不知道，可我不想现在就变成工程师。我还没确定以后要干什么呢。”“恩，你觉得拥有无限变化的可能好，对吧？”“是的。”“那量子不想坍缩，怎么办？”“额。。。。。。那就不被观测。”“对呀。你也拒绝观测不就好了吗？别人说你笨，是想用贴坏标签的方法观测你。如果你在意，那就等于你同意被观测，说不定就真的坍缩成了他们说的那样了。不要在意那些侮辱性的，贬低的，不能让你变得更好的话。把注意力放在能让自己变得更好的建议上，同意被更美好的标准观测，你不就能变得越来越好了？”“那，，，我现在做不到怎么办？”“不着急，慢慢来，妈妈一直陪着你呢。” 说完这些，孩子没一会就睡着了。作为一个妈妈，看着他的小脑袋，心里说不清楚什么感觉。有点愧疚，可能自己平常对他肯定不够，让他不够自信，所以才会人家说一句他笨那就难过。有点欣慰，如果不是他那句会被淘汰震到了我，我不会去看以前从来没看过的量子通讯的书，就错过这本好看的《猫、爱思斯坦和密码学》。这本书，增加了知识，扭转了坏心情，还扩展了思维，真算的上意外之喜，值得推荐。

了解爱因斯坦理论的入门书

很推荐这本书，把物理学换了一种方式表达，精准又有趣～

未来已来我有不懂的地方不影响我囫囵吞枣地读完且觉得今天很开心因为遇见这本好书

入门可读

看完了，大部分确实挺容易看懂的，有一部分没看懂：贝尔不等式，虽然是比字都认识更高一层次，但还是没懂，没理解怎么就不等式了。数学这块我真是弱项，超过小学的数学知道对于我来说就有点超纲了。弄明白了双缝干涉实验也并没有那么诡异。不像传说的那样是观察这个动作造成了坍缩，而是观察到这个行为形成成了干扰才引起坍缩。其实我怀疑到底是坍缩了，还是阻断了。如果是坍缩了，是不是就像书里的插图那样可以说明微观世界比宏观多了维度。还有量子通信这块，说纠缠的光子可以照出同样的图案出来，乍一听上去好神奇，好像用传统的思想也能解释，互相纠缠的光子走了相同的路径，所以可以照出相同的图案。也可能是书中为了让人更容易懂，所以忽略了很多更深层的东西。还有量子安全这块，也没怎么理解先发乱码再发掩码怎么就安全了。量子这玩意太难，不是我这智商能能理解的，看看权当做个锻炼。

通俗，比较易懂。如果能稍深入些更好