被誤解的量子通信！量子糾纏超光速1萬倍，卻不能用來通信？

量子力學(xué)這個(gè)名字如今已經(jīng)是婦孺皆知了。但是很多人可能并不知道量子力學(xué)是什么？

我們經(jīng)常會(huì)聽到量子糾纏，電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)引起的測(cè)量坍縮，甚至將這種坍縮引申到意識(shí)層面，試圖用量子力學(xué)詮釋唯心主義。

事實(shí)上，這是對(duì)量子力學(xué)的誤讀造成的。

我們都知道，我們的宇宙分為宏觀世界和微觀世界。

宏觀世界十分容易理解，就是我們?nèi)粘Ｋ幍牡厍虮砻妫栂?，銀河系以及大尺度宇宙結(jié)構(gòu)。

而微觀世界就是人類肉眼甚至是普通顯微鏡都無法看到的世界。

在量子力學(xué)中，微觀世界指的是比原子更小的物質(zhì)尺度的世界。

當(dāng)科學(xué)家第一次用探測(cè)器觀察到微觀世界時(shí)，對(duì)這里的規(guī)律還全然不知，所以肯定會(huì)用早已成熟的牛頓力學(xué)套用到微觀世界里。

比如會(huì)認(rèn)為電子繞原子核運(yùn)動(dòng)一定遵守牛頓三大定律，所以電子一定是圓周運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)我們對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)觀察地更為深入時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)這里的一切都表現(xiàn)地十分陌生，甚至完全不遵守牛頓力學(xué)的法則。

于是我們只能重新發(fā)明一套量化工具描述電子的運(yùn)動(dòng)。

這種新發(fā)明的物理工具就是量子力學(xué)。

量子力學(xué)最神奇的一個(gè)現(xiàn)象就是量子糾纏。

在微觀世界，一旦多個(gè)粒子的量子狀態(tài)相互纏繞，即便將它們分離多么遙遠(yuǎn)，它們依舊可以相互影響。

在理論上，這種影響的速度不僅遠(yuǎn)超光速，甚至都沒有速度的概念。

雖然在理論上，我們知道量子糾纏是沒有速度概念的，無論多么遙遠(yuǎn)都是同時(shí)作用的。測(cè)量其中一個(gè)粒子，哪怕另一個(gè)粒子在100億光年外的其他星系上，它們都會(huì)同時(shí)感應(yīng)到。

理論歸理論，實(shí)驗(yàn)還是要做的，起碼要用實(shí)驗(yàn)證明量子糾纏的速度到底有多快。

潘建偉教授曾經(jīng)在青海就搭建了一個(gè)測(cè)量粒子糾纏速度的實(shí)驗(yàn)。

由于實(shí)驗(yàn)的規(guī)模限制，最后只能測(cè)量出量子糾纏的速度是光速的1萬倍。

但這并不是說明量子糾纏只有光速的1萬倍，而是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件的限制，只能做到這個(gè)量級(jí)。如果以后實(shí)驗(yàn)條件允許，我們可以做量子糾纏超光速1億倍，1兆倍的實(shí)驗(yàn)。

可能這時(shí)候就有人疑惑了。相對(duì)論不是認(rèn)為光速是宇宙中最快的速度，為什么量子糾纏可以輕易超過光速，這豈不是違背相對(duì)論了？

其實(shí)，量子糾纏的超光速和相對(duì)論的光速并不是同一概念。

相對(duì)論的光速是指不能把一個(gè)物體加速到光速，要注意限定詞是物體。也就是說物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度不能超過光速。

而量子糾纏之間相互影響的速度并不是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度，這是一種微觀世界特有的現(xiàn)象，這種速度不受相對(duì)論的光速極限原理的限制。

目前，人類用到最快的通信方式就是電磁波，電磁波也是光，并且以光速運(yùn)動(dòng)。

所以人類最快的通信方式就是光速。

既然量子糾纏可以超過光速，為什么不能用來制造超光速通信呢！這樣就可以消除與火星探測(cè)器，旅行者一號(hào)等星際探測(cè)器的通信時(shí)差了。

首先我們要明白電磁波的通信原理，就會(huì)明白為什么量子糾纏不能用來通信。

我們知道電磁波有無數(shù)個(gè)頻率段。

我們可以截取其中一小段頻率段，將其繼續(xù)細(xì)分，就又可以得到無數(shù)個(gè)頻率段。

在無數(shù)個(gè)頻段中，我們可以將其對(duì)應(yīng)到二進(jìn)制代碼中。

每個(gè)頻段代表一個(gè)二進(jìn)制字符。無數(shù)個(gè)頻段就可以代表無數(shù)個(gè)代碼。然后接收器接收到的波段可以將其中的頻率一一解讀，這樣就可以解讀信息了。

事實(shí)上，電磁波的信息載體是光子，光子是物質(zhì)。

而量子糾纏之間不存在類似光子這樣的粒子作為傳播信息的載體。所以量子糾纏無法傳遞信息。

那量子通信又是什么？

量子通信并不是直接通過量子糾纏傳遞信息，而是因?yàn)榱孔蛹m纏具有測(cè)量坍縮的特點(diǎn)，通過這一特點(diǎn)對(duì)信息進(jìn)行理論上絕對(duì)安全的加密。

我們知道，量子糾纏處于疊加狀態(tài)，一旦有人觀察這種疊加狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致量子糾纏態(tài)坍縮。

如果我們?cè)陔姶挪ㄐ畔⒗飱A雜一些量子糾纏態(tài)的粒子，那么一旦竊密者要竊聽信息，首先就會(huì)觸發(fā)量子糾纏態(tài)坍塌，那么這種坍塌在發(fā)送者那里就能同時(shí)出現(xiàn)，這時(shí)候發(fā)送者就會(huì)得知信息正在被竊聽，于是就放棄發(fā)送信息，從而做到電磁波信息的絕對(duì)安全。

同時(shí)竊聽者的位置會(huì)被暴露，剩下的事交給執(zhí)法部門就行了。

另外有人還疑惑，既然量子糾纏可以同時(shí)作用。測(cè)量一個(gè)粒子的狀態(tài)可以引發(fā)另一個(gè)粒子的變化。那能否通過這種變化刻錄有效的信息呢？

比如測(cè)量糾纏粒子時(shí)，如果A糾纏粒子自旋為上，那么另一個(gè)B糾纏粒子自旋就為下。

那么上下兩種自旋狀態(tài)就可以表示二進(jìn)制的0和1。通過控制糾纏粒子的自旋方向傳遞0和1的代碼。

事實(shí)上，這樣的想法固然是對(duì)的。關(guān)鍵是測(cè)量引起的自旋方向坍塌是隨機(jī)的。我們無法控制糾纏粒子的自旋方向。在測(cè)量時(shí)，沒有人知道這種隨機(jī)的自旋結(jié)果到底是上還是下。所以就無法真正刻錄有效的信息，于是量子糾纏是無法傳遞信息的。