猫、爱因斯坦和密码学：我也能看懂的量子通信

这不是量子力学“史话”，也不是科学家故事会，这是一本让普通人在会心一笑中理解量子通信原理的硬核科普。本书历时5年创作、4次修改升级，105张原创手绘全彩漫画，图解十大量子实验，回眸15位科学天才的群星闪耀时刻，展望未来无处不在的量子黑科技。
你见过用漫画图解薛定谔的猫、用相声辩论贝尔不等式、用谍战片解密量子通信协议的科普书吗？——这本书，将为你献上一季全程无尿点的科学悬疑推理剧！

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神们自己，毕业于复旦大学理论物理专业，神们自己是他的知乎 ID。研究方向为量子级别的分子电子学与理论计算。兴趣驳杂，文理皆有所好，对量子通信、计算机、人工智能领域略有涉猎。现从事互联网 人工智能行业创业。
作者是知乎站内不可多得的优秀科普作者，获得 9,243 次喜欢，23,469 次收藏。并且已在知乎出版电子书5本，其中《猫、爱因斯坦和密码学》常年占据销量top3，获得5100条评价，超过50000人阅读，评分4.6分。

集 魔法时代 
百年战争 011 
千面之神 015 
灵异实验 019 
观察者的魔咒 028 
三观的崩塌 031 
第二集 薛定谔的猫 
学历的运动员 039 
薛定谔的猫 046 
我思故我在 052 
命运之眼 060 
天机不可泄露 064 
回到未来 071 
眼见为实 083
第三集 爱因斯坦的幽灵 
爱因斯坦之梦 094 
幽灵的威胁 100 
量子黑客 104 
幽灵成像 125 
宇宙的洪荒之力 130 
第四集 终极密码 
密码简史 141 
跳舞的小人 144 
机器新脑 149 
图灵的秘密 155 
阿喀琉斯之踵 167 
全民加密 173
第五集 兵者诡道 
魔法硬币 181 
无条件安全 189 
兵者诡道 195 
强之矛与强之盾 198 
致谢 209

这不是量子力学“史话”，也不是科学家故事会，这是一本让普通人在会心一笑中理解量子通信原理的硬核科普。本书历时5年创作、4次修改升级，105张原创手绘全彩漫画，图解十大量子实验，回眸15位科学天才的群星闪耀时刻，展望未来无处不在的量子黑科技。
你见过用漫画图解薛定谔的猫、用相声辩论贝尔不等式、用谍战片解密量子通信协议的科普书吗？——这本书，将为你献上一季全程无尿点的科学悬疑推理剧！

神们自己，毕业于复旦大学理论物理专业，神们自己是他的知乎 ID。研究方向为量子级别的分子电子学与理论计算。兴趣驳杂，文理皆有所好，对量子通信、计算机、人工智能领域略有涉猎。现从事互联网 人工智能行业创业。
作者是知乎站内不可多得的优秀科普作者，获得 9,243 次喜欢，23,469 次收藏。并且已在知乎出版电子书5本，其中《猫、爱因斯坦和密码学》常年占据销量top3，获得5100条评价，超过50000人阅读，评分4.6分。

如果你完全不懂量子力学，请放心大胆地往下看，我保 证不用任何公式就能让你秒懂，连 1 1=2 的幼儿园数学基 础都不需要。 如果你自以为懂量子力学，也请放心大胆地往下看，我保证你看完会仰天长叹:

什么是 
量子力学 
啊?! 
 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。 
在烧脑、反直觉和“毁人三观”方面，恐怕没有任何学科能够和量子力学相比。如果把理工男爱的大学比作霍格沃兹魔法学校，那么可以和量子力学专业相提并论的，只能是黑魔法。
然而，量子理论之所以看上去如此神秘，并不是因为物理学家的故弄玄虚。其实，在量子理论诞生之初的摇篮时期， 
它原本只是一门人畜无害的学科，专门研究电子、光子之类 的小玩意儿。而“量子”这个现在看来很牛的名词，本意不 过是指微观世界中“一份一份”的不连续能量。 
这一切，都源于一次物理学的灵异事件......

百年战争 
20 世纪初，物理学家开始重点纠结一个其实已经纠结 了上百年的问题: 
光，到底是波还是粒子? 
所谓粒子，可以想象成一颗光滑的小球球。每个粒子有确定的位置和速度，运动时直线前进，相撞时会按一定角度反弹。每当你打开手电，无数光子就像出膛的炮弹一样，笔直地射向远方。很多著名科学家(牛顿、爱因斯坦、普朗克、康普顿) 做了很多权威的实验 a，确凿无疑地证明了光是一种粒子。

比如，就拿让爱因斯坦得诺奖的经典光学实验“光电 效应”来说吧。人们发现，光照到一块金属上，金属的表面 居然会产生电流;而且更诡异的是，这种现象对光的强度完 全无感，只与光的频率有关。如果频率不够，无论用多强 的光照射金属板，光电效应都不会发生;反过来，只要光频 率刚刚越过一个门槛值，再微弱的光线都可以触发光电效应， 只不过产生的电流比较小而已。 
今天看来，这是一个非常简单的实验，简单到被写进高 中物理教科书，成为高考物理卷的必考知识点，当年却让众 多科学大佬一筹莫展。电子吸收了光能，挣脱原子核的电磁力束缚跑来，从而形成了电流 —这部分很容易理解; 但是，你怎么解释“频率门槛”的事情?按理说，更强的 光可以给电子提供更多能量，延长光照时间应该也可以攒下 足够的能量形成电流，可这两种预想中的场景在现实中偏偏从未发生。 
如果把光看作一种波，一种连绵不绝、可以无限细分的能量，那么这个问题恐怕永远无解。个想通的还是当之无愧的爱因斯坦大神:每个电子只能吸收 1 个光子的能量， 一旦这个光子的能量(和频率成正比)足够逃脱原子核的囚 笼，电子就能“越狱”成功，否则只能把这份能量物归原主。 更多的光子(光强)和更长的照射时间对单个电子而言毫无 意义，因为它并不能攒下两个光子! 
既然光都能分成一个两个的光子，那它自然只能是粒子 了— 这种“异端邪说”立刻引爆了学术界，因为在光电效 应之前，已经有很多比当年 26 岁的爱因斯坦更著名的科学家(惠更斯、托马斯·杨、麦克斯韦、赫兹)做了很多更权 威的实验，确凿无疑地证明了光是一种波，电磁波。 

所谓波，就像往河里扔块石头，产生的水波纹一样。如果把光看作一种波，可以完美解释干涉、衍射、偏振等经典光学现象。
既然有的专家认为光是粒子，也有的坚信光是波，那么我们可以轻松得出结论:光既是波又是粒子。好的，本集内容到此结束，感谢您的阅读，我们下集再见......

千面之神 
说到信仰，我且问你:《权力的游戏》中，信奉七神 的维斯特洛人民，为何偏要与信奉旧神的野人拼个你死 我活? 
古往今来，人类为了信仰争端大开杀戒，早已不足为奇。 在这方面，西方的和谐社会可能是古希腊:他们的神多 达百八十号，有的管天上，有的管地下，还有的专管“啪啪 啪”，各路神仙各司其职，倒也井水不犯河水。人称:希腊众神要命的是，科学家信仰的神只有一个，而且是放之宇宙而皆准的全能大神。
这位神祇的名字，叫作真理。 
大到宇宙的诞生，小到原子的运转，科学家相信，这个世界的万事万物都是基于同一个规律，可以用同一个理论，甚至同一套方程解释一切。
比如，让苹果掉下来把牛顿砸晕的是万有引力，让月亮悬在太空中掉不下来的也是万有引力;用同一个方程，既能算出地球的质量，也能让马斯克的“猎鹰 9 号”火箭上天， 这就是科学的威力。 
什么?想要一个宇宙、两种规律?
对不起兄弟，别在科学界混了，您可以去跳个槽。当然，科学界也没有谁敢自称真理代言人，就连牛顿谦虚起来都是这样的:“我只是一个在海滩上捡贝壳的孩子，而真理的大海，我还没有发现啊!”
就算是捡贝壳，捡得多了，说不定拼到一起就能窥见真理之神的全貌呢! 整个科学史，就像一个集卡拼图的过程。做实验的每发现一个科学现象，搞理论的就绞尽脑汁推测它背后的运行规律。不同领域的大牛把各方面的知识、理论慢慢拼到一起，真理的图像就渐渐清晰。

在 20 世纪初，光学的知识储备和数学理论越来越完善，大家觉得，这一块的真相总算有希望拼出来了— 结果却发现，波派和粒派的理论早已背道而驰，还各自越走越远。 就好比你集了一辈子卡片，自以为拼得差不多了，这时突然发现，你拼出的图案居然和别人的完全不一样，而且差得不是一点点!
是不是有种把对方连人带图砸烂的冲动?
当时波派和粒派都坚信，自己手上的拼图，才是正确 的版本。双方僵持不下，直到 1924 年，

终于有人大彻大悟：波 or 粒，为什么不能两者都是? 
也许在某些时候，粒子看起来就像是波;在另一些时候， 波看起来就像是粒子。 
波和粒的性质如同阴阳一般相生相克，就像一枚硬币的 正反两面(波粒二象性)，只不过我们一直以来都在盲人摸 象、各执一词。 
按照“波粒二象”的理论，与其说光“既波又粒”，倒 不如说它既非波也非粒，它只是恰好在某些时候表现出了和 我们刻板印象中的波 / 粒相同的行为而已。就像这个在不同方向上同时投影出方和圆的东西，它并不是方形和圆形的混血儿，而是在二维世界生活已久的平面国居民曾经无法想象的新物种:圆柱体。

真理确实只有一个，但是真理的表现形式，会不会有多个版本?难道真理就是那个千面之神，用千变万化的面目欺骗了我们如此之久?

果真如此的话，那个藏在面具背后的本尊又是谁呢?