济南量子技术研究院

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【转载】瞬间传输成为现实?光速:不能比我快 | 十万个量子为什么(一)

时间:

2024-09-10

转载自:墨子沙龙

      科幻剧《星际迷航》中,宇航员在特殊装置中平静地说出一句“发送我吧(Beam me up)”,就能被瞬间转移到另一个星球。小说《三体》中,经过维度展开后改造的智子,可以无视时空限制的实现瞬时通信。

      瞬间传输与通信技术常常出现在各类科幻作品,量子通信出现后,一直被称为可以将这一科幻变成现实的前沿科技,那么量子通信中是否真的存在能实现“瞬间传输”的科技呢?


▲科幻剧《星际迷航》中瞬间传送人类画面

      量子隐形传态是量子通信的一种重要方式,它可以完全以量子的形式传输数据,而它的核心原理,正是大名鼎鼎的“量子纠缠”
      量子纠缠指的是,当两个粒子相互作用时,它们会发生纠缠,从而使得它们的量子态相互关联,即使相隔很远。一对纠缠粒子对仿佛天生拥有心灵感应能力的双胞胎,不管相隔多远的距离,当你去观察(测量)其中一个的状态时,就会瞬间影响另一个的状态。

      量子隐形传态就是利用了量子纠缠的原理,首先创建纠缠光子对,然后将其中一个光子发送给数据发送者(Alice),另一个发送给接收者(Bob)。当Alice收到她的纠缠光子时,她让它与一个状态未知的“记忆量子位”相互作用,这一量子位保存着她想要传输给Bob的数据。这种相互作用改变了她的光子的状态,而且由于Alice的光子与Bob的光子仍然存在纠缠,这种相互作用也会瞬间改变Bob光子的状态。这一系列操作,会将 Alice 记忆量子位中的数据从她的光子“瞬间传输”到 Bob 的光子中,也就是说,从量子层面让“瞬间传输”成为现实——当然“瞬间传输”仍然要遵守物理规律,一切信息的传播速度不能超光速。

      虽然量子纠缠是不携带信息,而且完全随机的过程。当记忆量子位的数据通过量子隐形传态的方式“瞬间传输”到Bob的光子中,Bob观测光子的状态并获得信息仍需要通过传统的、低于光速的信息传递方式。

      除了量子隐形传态之外,量子密钥分发也是量子通信的重要方法之一,它利用了量子的不可复制性以及测量的随机性来生成量子密码,从而给传统的数字通信添加一把“量子密码锁”,有效保证了通信的安全性。

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