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    量子纠缠的超距效应能否用于通讯?

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    • 能,但不完全能。量子纠缠只能超距地传递一对相互关联的随机状态,但有效的信息依然要靠传统方式传递。

      要明白什么是量子纠缠,得先知道什么是叠加态想象这样一个情景,现在桌上有一双手套,你随机地选了一只手套放进行李箱,然后带着它到了远方。注意,此时你箱子里的手套并不是左手套或右手套,而是既是左手套又是右手套的叠加态。这是量子物理区别于经典物理的地方,它允许两种状态同时以一定概率存在,只有打开箱子观测它,它才会坍缩成确定的态,也才能知道箱子里到底是哪个手套。而量子纠缠说的是,在箱子里的叠加态坍缩的同时,桌上的手套叠加态也会在瞬间坍缩成另一只手套。

      以上的手套比喻是爱因斯坦提出的,一对相距很远的叠加态居然会同时坍缩成相反的态,这乍看之下传递了消息,实现了“鬼魅般的超距作用”。但实际上,没有人能在坍缩前知道这里面到底是哪个态,这限制了它只能传递随机,而不能传递有意义的消息。

      这个过程更像是买彩票,但是只发行两张票券,分别写有0和1,甲和乙各自随机抓阄一张劵。在开奖前,大家都处于既中奖了又没中奖的状态,因为这里的不确定来源于中奖号码的未知,这从根源上就是不确定的。在开奖后,大家才处于中奖了或没中奖的二选一状态,此时的不确定来源于不知道谁抓了哪个券,但实际上,甲和乙的中奖与否在此刻已经被定下来了。而只有开奖并且甲或乙的一方看了手中的券,才能确定自己中没中奖,与此同时,无论甲乙相距多远,他都能知道另一方中没中奖。在量子物理中,开奖和看券是在观测动作中一起完成的。

      再简略地说下量子通讯在干什么。以子为例,实验室可以生成一对自旋向上和自旋向下的纠缠光子对,并分发给遥远的甲乙两方。但在任何一方测量前,它们的自旋都是不确定的,只有一方测量后,它接受收的光子才有确定的自旋方向,与此同时另一方接收的光子也才会具有确定的相反自旋。这样就分发好了一对相互关联的随机数。这对随机数虽然没有实际意义,但可以用来加密。比如事先约定,如果甲接收到的光子自旋向上,就把消息的字母向前移动1位,反之就向后移动2位。在做好这个约定后,如果乙测得收到的光子是自旋向下的,他马上就能知道甲收到的光子自旋向上,那么就可以用传统的通信方式对甲说“xntvhmsgdmnadkoqhydsghrxdzq”。而甲在经过一段时间收到消息后,也能心领神会到“啊,我获得了今年的诺奖!”

      这种利用量子纠缠的方式叫做量子密钥分发,此外还有量子隐形传态、量子密集编码等,但它们都需要传统信道才能传递有意义的消息。

                  —选自中科院物理所

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      判天地之美,析万物之理!物理无处不在,物理改变了人们的生产方式,带动了文明的进步,从而改变了全世界!
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      Lv.16百飞米空洞
      普朗克
      把量子纠缠的两个态分别代表0或1,不就可以用二进制了吗?
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