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1 # 芾子1
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2 # 物理文化與施鬱世界線
不能實現無延時通訊。
一個量子系統可能由若干子系統構成。如果某子系統沒有一個獨立的量子態,那麼就說這個子系統與其它子系統之間存在量子糾纏。以兩個光子a和b的偏振為例。某個量子糾纏態是兩個態的疊加,其中一個態中,a光子處於水平偏振態,b光子也處於水平偏振態;在另一個態中,a光子處於豎直偏振態,b光子也處於豎直偏振態。但是在二者的疊加中,每個光子都沒有一個獨立的偏振量子態。如果疊加係數相等,這個糾纏態叫作最大糾纏態。
如果測量a光子偏振態是水平還是豎直,結果當然是二者之一。如果測量者知道原來兩個光子所處的這個量子糾纏態,當a被測到是豎直的時候,可以預言b光子的量子態也塌縮為豎直;當a被測到是水平的時候,可以預言b光子的量子態也塌縮為水平。
利用量子糾纏可以實現量子隱形傳態。地處兩地的甲和乙分別擁有光子a和b,它們的偏振處於最大糾纏態。甲還擁有另一個光子c,處於一個獨立的偏振量子態。甲和乙並不知道c的量子態是怎樣的。甲對a和c作一個整體的測量,使得它們處於4種最大糾纏態之一。然後甲將測量結果通知乙。對應於甲得到的4種可能結果,乙對b作一個對應的操作,b的量子態就變為c原來的量子態。這樣,量子態從a光子傳到了c光子,而不是在空間中傳輸過來。 這裡一個關鍵的步驟是甲將測量結果通知乙,否則是不可能實現的。
筆者強調,量子糾纏雖然是一種非定域關聯,但並不違反相對論,因為沒有超光速訊號的傳輸。如果不將a的測量結果通知b處的觀測者,後者是觀測不到b的任何變化的,觀測結果與塌縮前的量子態也是完全融洽的。對相對論的遵守也體現在量子隱形傳態中,甲必須將測量結果告訴乙。所以量子糾纏和量子隱形傳態都不可能瞬間傳遞資訊。
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3 # 快快樂樂過一天3
不能,雖然量子存在糾纏效應,即處於量子糾纏的粒子A和B,如果A左旋那麼B一定右旋,所以無論AB多遠,你觀察A的狀態,就能知道B的狀態。但因為你只能觀察A的狀態,無法設定A的狀態,所以利用量子作無時延通訊是不可能的。
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4 # 宇宙譜
這個問題關係到粒子的運動特性及其空間存在特性,今天大眾稱謂的量子是個含混詞,能量產生有界有份數不假,但能量運動是連續改變過程運動,這是量子力學裡應該特別正視的不足之處,關於糾纏非定域傳輸超速以及中微子超光速不能用行或不行對或錯來定論,只是沒有找到超或不能超的原因,如中微子超光速,如果用粒子位移去理解解釋是不可能超,相對論正確,如果用粒子煙滅引起空間壓強平衡位移超光速同樣正確,但能超的波動速度非粒子位移速度,實際上不是中微子在超光速,而是中微子同樣是波動非粒子位移,在能量傳輸過程中波長短的比波長的就是要快,其根本原因是園周誤差造成,這個問題以前說過,可能很多人沒注意也不能理解,如果有人說是誰發現的,我只能告訴是自我所悟。量子傳輸都是能量轉移運動,基礎粒子以光速的速度自旋是與生懼來的,關於粒子的創生和起源以前我說過,自旋從創生時刻起對存在的空間直接交替影響就沒停止過,人測與不測同樣工作。能量生成及傳輸有幾種原因:—是粒子慣性態全煙滅(正負電子),二是收縮型變(熱脹冷縮),三是受震復位(電運動),有線有介質傳輸起點到終點需要介質積累時間,但停止只需粒子的單粒自旋時間,這就造成超光速假象,說停就停,無論多遠,假就假在中途粒子全線能量滯留,它們會以熱輻射歸位。希望中國科學家在這點上一定慎言,不然就會產生越遠超光速越大的假象,說假不假說真不真的亂象,因此要想有實用價值更需要對量孑的深入理解才行。今天就說這些邀請者又欠我一杯酒。
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5 # 科技袁人袁嵐峰
我明白,你實際想問的是“量子通訊能不能超光速”。答案可能會讓你失望了:量子通訊不能超光速。
為什麼是這樣?我有一個簡略的回答和一個詳細的回答。
簡略的回答是:狹義相對論已經明確說了,資訊的傳輸不能超光速(有一些事情可以超光速,但它們不傳輸資訊)。量子通訊完全是基於已知的物理學原理設計出來的,每一個步驟都在量子力學和狹義相對論的預言範圍之內,所以怎麼可能違反狹義相對論呢?你應該把量子通訊理解成一個在已有理論框架內的充滿創造力的工程作品,好比長城、趙州橋、高鐵,而不是理解成一個顛覆已有理論框架的科學革命。
詳細的回答如下。
量子力學是描述微觀世界物理規律的基本理論。它解答了很多基本問題,例如:為什麼原子能夠穩定存在,繞著原子核運動的電子不會落到原子核上去?為什麼原子會組合成分子?為什麼有些物質能導電,有些物質不導電,有些物質是半導體,還有些物質是超導體?從電晶體到鐳射器,現代社會的每一樣科技成就,都離不開量子力學。
量子資訊是量子力學與資訊科學結合產生的交叉科學,目的是利用量子力學實現經典資訊科學中實現不了的功能,例如永遠不會被破解的保密方法(專業名稱叫“量子密碼術”或者“量子保密通訊”或者“量子金鑰分發”)、科幻電影中的“傳送術”(是的,傳送術在原理上是可以實現的,它的專業名稱叫做“量子隱形傳態”)。
《星際迷航》中的傳送術
正如經典的資訊科學包括通訊和計算兩大領域,量子資訊也可以分為兩大領域:量子通訊和量子計算。
量子通訊的內容,包括量子金鑰分發(又稱為“量子密碼術”或“量子保密通訊”)和量子隱形傳態(即傳送術)以及“超密編碼”等等。在嚴格的科學意義上,量子金鑰分發並不等於量子通訊,而是它的一部分。但是,量子金鑰分發發展得最快,已經接近產業化了,例如中國的若干金融機構在試用量子通訊儀器來傳輸核心資料。而量子隱形傳態以及整個量子計算領域,都還處於實驗室演示階段,離實用非常遠。因此,媒體上報道的量子通訊,在大多數情況下指的就是量子金鑰分發。
下面我來解釋一下,量子金鑰分發和量子隱形傳態各自是什麼,為什麼它們都不能超光速。
先來看量子金鑰分發。要理解量子金鑰分發,首先要明白什麼是“金鑰”。其實這個詞很容易理解,它就是日常語言中的“密碼本”,《紅燈記》、《潛伏》等諜戰片中無數情報人員捨死忘生爭奪的那個東西。說得正規一點,金鑰就是從明文到密文的變換引數。
紅燈記
傳送方(以下稱為A)和接收方(以下稱為B)如果都有金鑰,而金鑰滿足三個條件(一,金鑰是一串隨機的字串;二,金鑰的長度跟明文一樣,甚至更長;三,每傳送一次密文就更換金鑰,即“一次一密”),那麼雙方之間的通訊就是“絕對安全”的。這裡“絕對安全”是一個數學用語,它的意思是:敵人即使截獲了密文,也無法破譯出明文,他能做的最多也只是瞎猜而已。
這聽起來好像已經解決了保密通訊問題?其實沒有。真正的困難在於,怎麼把金鑰從一方傳到另一方?現實生活當中,需要第三方的信使來傳遞,而信使可能被抓(如《紅燈記》中的李玉和)或者叛變(如《紅巖》中的甫志高),這麻煩就大了。最好是不透過信使,AB雙方直接見面分享金鑰。但是如果雙方可以輕易見面,還要通訊幹什麼?!
量子保密通訊就是為了解決這個問題而提出的。它做的其實只有一件事情:不經過信使,通訊雙方直接共享金鑰。
怪哉,不透過信使怎麼共享金鑰?關鍵在於,這裡的金鑰並不是預先就有的,一方拿在手裡想交給另一方。在初始狀態中,金鑰並不存在!
量子金鑰是在雙方建立通訊之後,透過雙方的一系列操作產生出來的。利用量子力學的某些特性(“疊加原理”和“測量結果的隨機性”),可以使雙方同時在各自手裡產生一串隨機數,而且不用看對方的資料,就能確定對方的隨機數序列和自己的隨機數序列是完全相同的。這串隨機數序列就被用作金鑰。
量子金鑰的產生過程,同時就是分發過程,——這就是量子保密通訊不需要信使的原因。
雙方都有了金鑰之後,剩下的事情就跟經典的通訊完全相同了:A把明文用金鑰編碼成密文,然後用任意的通訊方式發給B。“任意的”通訊方式的意思就是“怎麼都行”:可以用電話,可以用電報,可以用電子郵件,甚至用平信都行。量子保密通訊的特別之處,只是讓雙方不經過信使直接分享金鑰,僅此而已。這就是為什麼它的專業名稱叫做量子金鑰分發。
現在我們可以明白,量子保密通訊的過程分為兩步:第一步是量子金鑰分發,第二步是密文的通訊。第二步跟常規的通訊完全一樣,所以不會超光速。既然如此,整個過程自然也就不會超光速,無論第一步有多快。實際上,第一步也不會超光速,因為它的實際操作一般就是傳送和接收單個光子,速度就是光速,不過這個具體過程我們就不在這裡展開講了。
再來看量子隱形傳態。什麼是量子隱形傳態?這是一種在1993年提出的方案,把粒子A的未知的量子態傳輸給遠處的另一個粒子B,讓B粒子的狀態變成A粒子最初的狀態。科幻電影裡經常出現的傳送術,把人biu地一聲就傳到另一個地方,原型就是量子隱形傳態。
請注意,隱形傳態傳的是狀態而不是粒子,A、B的空間位置都沒有變化,並不是把A粒子傳到遠處。好比A處有一輛汽車或一個人,不是把這輛汽車或這個人搬到B處,而是把B處本來就有的一堆汽車零件或原子組裝成這輛汽車或這個人。
有人要問了:那豈不得到了相同的兩輛汽車?兩個人?!哪個是真正的自己?!在為倫理問題詩興大發前,一句話就可以消滅這個問題:不會出現相同的兩個人。大自然早有安排,杜絕了這種可能性。在隱形傳態中,當B粒子獲得A粒子最初的狀態時,A粒子的狀態必然改變。任何時刻都只能有一個粒子處於目標狀態,所以只是狀態的移動,而不是複製。一定要說複製的話,也是一種破壞性的複製。好比武俠小說中前輩把功力傳給主角,傳完前輩就沒有功力了,而不是出現兩個高手。在宏觀世界複製一本書或一個電腦檔案是很容易的,在量子力學中卻不能複製一個粒子的狀態,這是量子與經典的一個本質區別。
很多人聽說量子力學中狀態的變化是瞬時的,無論兩個粒子相距多遠,於是認為隱形傳態可以biu地一聲把人傳到任意遠的地方,超過光速,推翻相對論。很遺憾,這個理解又是錯誤的。量子力學中狀態的變化確實是瞬時的,但是隱形傳態的方案中有一步是把一個重要的資訊(可以理解為一個密碼)從A處傳到B處,利用這個資訊才能把B粒子的狀態變成目標狀態。這個資訊需要用經典通道(例如打電話、發郵件)傳送,速度不能超過光速,所以整個隱形傳態的速度也不能超過光速。
許多人以為隱形傳態是先掃描出A處的物或人的狀態,再在B處組裝一個相同的物或人。非也非也。如果要先知道目標狀態,那還有什麼意思?隱形傳態是在不知道A粒子的狀態的情況下,把B粒子變成這個狀態!就像送快遞,不知道送的是什麼東西,但保證原原本本地送到。
總而言之,量子隱形傳態是以不高於光速的速度、破壞性地把一個粒子的未知狀態傳輸給另一個粒子。打個比方,用顏色表示狀態,A粒子最初是紅色的,透過隱形傳態,我們讓遠處的B粒子變成紅色,而A粒子同時變成了綠色。但是我們完全不需要知道A最初是什麼顏色,無論A是什麼顏色,這套方法都可以保證B變成A最初的顏色,同時A的顏色改變。
結論:無論是透過量子金鑰分發還是量子隱形傳態來傳輸資訊,都不能超光速。
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現在的量子通訊主要指的是量子加密技術,就是利用“量子糾纏”特性,如果有人“讀過正在網路傳輸的通訊資料”,接受方就會知道。其他的跟現在用的通訊方式相同。當然,理論上,也可以利用“量子糾纏”原理,實現資料通訊,但現在人類掌握的“量子糾纏”距離太近,還沒有實際利用價值。