量子纠缠，刷新世界观远超光速的“传输”，能实现量子通信？

2021-02-26 09:05

量子纠缠的应用：量子通信

量子纠缠时表现出的特性是，如果一个纠缠状态中的粒子被观测那么一定会导致这种纠缠态的坍塌，而量子的崩塌后的状态具有对称性的，而量子通信的安全正是利用这个特性来实现的。

在量子通信中，先事先构建一对具有纠缠态的光子，将两个光子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量。当粒子瞬间发生坍塌后，可将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换（相当于逆转变换），即可得到与发送方完全相同的未知量子态。

而同时，每一对纠缠状态的粒子的“量子通道”是不一样的，所以根本不存在半道上信息被拦截或者被泄露的这样的风险。这就是量子通信的安全原理。

量子纠缠在目前被用于“量子通信加密技术上”：利用量子相干叠加原理所产生的量子保密通信的一种技术。

中科大潘建伟研究组在2013年首次实现测量设备无关的量子秘钥分发，彻底解决针对探测系统的黑客攻击。

开发适用性量子秘钥分发的三大目标：增加安全通信距离、提高安全成码率，提高显示系统安全性。另，量子秘钥分发可为分隔两地用户提供无条件安全的共享秘钥。

2014年潘建伟研究组将安全通信距离拓展至200公里，2016年，成功将测量设备无源的量子秘钥分发到404公里超低损耗光纤和311公里普通光纤距离。

但这并不是量子通信的真正意义上的量子通信，但是这种技术也是属于量子通信技术范围内的一种。

其次，利用量子的不可克隆性质生成量子密码。他是二进制形式的，可以给经典的二进制信息加密，这种通信方式称为“量子密钥分发”。

利用“量子不可克隆定理，量子不可分割”特性，在遥远两地的用户，可共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密，保证通信安全。

这也是目前已知唯一的不可窃听、不可破译的分发方式。

我国潘建伟教授所带领的团队研究和发明的全球首颗量子通信实验卫星“墨子号”在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发，率先实现了千公里级星地高速量子密钥分发，并通过卫星中转实现广域量子保密通信。

没错，只有能够传递信息，＂超光速＂才能为通信发挥真正的意义。量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术，与超光速无关。

尽管知道这些粒子之间＂交流＂的速度是光速的几千倍，但我们却无法利用这种联系以如此快的速度控制和传递信息。即便中国在国际取得重大突破的“量子通信”也是用在信息保密上，无法达到光子的瞬移。

因此爱因斯坦提出的规则，也即任何信息传递的速度都无法超过光速，仍然成立。干涉量子纠缠的时候，量子纠缠态会立即消除，所以无法利用这种能力发送信号。

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