几个世纪以来，人们一直在思考这样一个问题：“我们在宇宙中是孤独的吗？” 然而，迄今为止，搜寻地外文明(SETI)的研究人员明确表示“我们不确定”。但这并没有阻止人们的疑惑。
“我们如何知道外星人是否试图与我们交流？他们可能使用什么语言？我们如何与他们沟通？”
实现量子飞跃
来自英国爱丁堡大学的研究人员认为，这些问题的答案可能在于一个叫做量子通信的研究领域。在最近发表在《物理评论D》上的一篇论文中，理论物理学家 Arjun Berera 教授和 Jaime Calderón-Figueroa 提出，利用光的量子性质可以实现星际距离上的高保真通信。
SETI 概览
Seth Shostak是加利福尼亚州山景城SETI研究所的资深天文学家和研究员，在接受《现代》杂志采访时表示，天文学家通过三种方式寻找智能 ET 生命的迹象：
1.传统地外文明搜索(SETI)使用大型射电望远镜(如SETI研究所的艾伦望远镜阵列，它有42个天线，每个天线直径6米)扫描天空寻找窄带信号。
2.光学 SETI，包括使用SETI研究所的激光探测设备等仪器来观察闪烁的激光脉冲。
3.仔细观察光学数据，寻找外星人社会的人造物——例如戴森群的红外信号、理论上的栖息地“云”、围绕恒星运行的卫星和太阳能收集器，这将使先进社会能够收获和利用所有来自其母星的能量。
然而，Shostak澄清说，SETI 只涉及收听（主要是在 1-10 GHz频段）而不涉及广播。
“SETI 科学家经常监测 1420 兆赫兹附近的频率，也称为氢线，中性氢在这里产生辐射，”他解释道。“地球上的每个天文学家都在他们的表盘上标记了那个频率，可以这么说，任何来自那个波段的外星人信息都会被所有人听到。”
什么是量子通信？
根据《麻省理工科技评论》报道，量子通信的基本单位被称为量子比特。量子比特通常是亚原子粒子，例如光子或电子。
与比特（携带电子邮件、播客、推文和 TikTok 的电或光学“1”和“0”）不同，量子比特具有一些相当不寻常的特性，使量子计算机处理信息的速度比传统二进制计算机快得多。
这些属性之一称为叠加，它允许量子比特同时表示“1”或“0”的多个组合。虽然经典位一次只能访问 2n2^n2n 个状态之一（例如，两个位有22=42^2=422=4 个可能状态，三个位有23=82^3=823=8 个可能状态，等等），而量子比特可以同时访问所有2n2^n2n 种可能的状态。
纠缠状态
与外星量子通信更相关的是量子比特的一种称为纠缠的特性，它允许量子比特对的两个成员以单个量子态存在。改变一个配对的量子比特的状态，会立即以一种非常可预测的方式改变另一个量子比特的状态，即使它们相隔很远。
Berera 和 Calderón-Figueroa 提出，可以在一种称为量子隐形传态的过程中利用纠缠，以潜在地实现与 ET 社会的星际通信。量子隐形传态可以在不发送粒子本身的情况下，将一个量子粒子的“状态”(即信息内容)瞬间转移到远处的量子粒子。
考虑量子隐形传态
量子隐形传态需要在发送者和接收者之间共享一对纠缠的量子位，再加上第三个量子位，其内容将在这些点之间传送。发送者启动了他们的纠缠量子比特和第三个量子比特之间的相互作用，这导致他们纠缠量子比特的量子态发生变化。当这种变化被分析并使用传统的电磁通路传递给接收者时，接收者可以重建第三个量子比特中包含的原始信息，有效地将信息从发送者传送到接收者。
“可以想象，一个非常先进的社会可以在整个银河系中建立纠缠粒子，并使用量子纠缠进行通信，”Shostak说。
然而，他强调，量子通信永远无法超过光速，即使对于外星人也是如此，因为发送者和接收者之间的量子信息传递仍然依赖于使用传统的电磁信号。
保持一致性
对于 Berera 和 Calderón-Figueroa 来说，量子隐形传态的真正挑战在于星际距离上的量子消息传递需要保持其一致性并保持高保真度，即在长距离传播时保持其消息的完整性。
量子消息传递的一个特殊方面是，如果一条消息被“观察到”或与其环境相互作用，它的波形就会崩溃，从而导致其信息丢失。这种所谓的退相干状态可能是量子信息与引力场、气体、尘埃和恒星辐射相互作用的结果。
当然，宇宙在很大程度上是空旷的空间，但它是否足够空旷/透明以促进可靠的星际信息传递？Berera 和 Calderón-Figueroa 计算了光子在不同频段在空间中的运动，以衡量退相干发生的可能性。
他们确定光子，尤其是 X 射线光谱中的光子，可以发射数十万光年，这个距离与我们银河系的宽度相当。这些条件可以为与外星人的星际通信提供战斗机会。
我们在找什么？
当 SETI 科学家用他们巨大的射电望远镜扫描夜空寻找来自 ET 的信号时，他们怎么知道要寻找什么？
“许多天文现象，比如类星体、脉冲星、我们太阳系中的行星、冷热气体、黑洞，都会产生无线电噪声，”Shostak观察到。“但它们通常不会发出局限于特定频段的噪音。”
然而，他指出，如果天文学家观察到一个以窄频带为中心的信号，就像汽车收音机上的一个电台一样，“这表明信号是由发射器产生的，而不是自然过程。”
还在等……
SETI 研究所是否收到过这样的信号？Shostak只是微笑。
“如果我们发现了一个明显是外星人的信号，你就不用给我打电话了，”他笑着说。“你会知道的。”
保持真实
即使 Shostak 和他的 SETI 同事认为他们已经检测到来自 ET 的信号，但目前有几个现实影响着国家进行这种“对话”的能力。
其中之一是技术问题。量子通信仍处于起步阶段。人类距离能够以有意义的方式从传入的 ET 量子通信中提取信息还有很长的路要走。
Shostak 承认还有一些实际的考虑因素：时间，还有金钱。
“如果最近的外星人在 100 光年之外，那么你的反应需要 100 年才能到达他们，而他们的反应再次到达你需要 100 年，”他沉思道。在那 200 年里，你的资金可能也消失了。”
与其试图让外星人参与逻辑上不可能的对话，Shostak建议更明智的做法是下载并发送给他们整个互联网。
“互联网确实是一个丰富的信息来源，”他说。“他们可以把电脑放在上面，利用它的重复性，建立一个完整的词汇表，从猫到汽车再到人类的一切词汇。这肯定比我们在 19 世纪初试图破译象形文字要容易得多。”
原文链接：https://now.northropgrumman.com/could-quantum-communication-enable-an-extraterrestrial-handshake/
—煤油灯科技victorlamp.com翻译整理—
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