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量子通訊可以遠距離,以超過光速通訊么?

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講到量子通信,一般對應的是量子秘鑰分發和量子隱形傳態,這兩個過程都無法以超光速傳遞信息。換句話說,就信息的傳遞速度而言,量子通信和經典通信一樣,都以光速c為上限。

量子隱形傳態需要一個經典信道傳遞在A處進行測量獲得的信息,所以雖然在A處的測量能瞬間改變遠方B處粒子的量子態,但我們要把A處某粒子的信息傳遞過來,還得等“經典信道”傳來的信息,然后我們根據這個信息選擇合適的幺正變換,才能把B處粒子的量子態變換為和A處某粒子量子態相同的信息。因此,這樣構造出來的通信過程將受制于經典信道信息傳遞的速度。換句話說量子隱形傳態不可能提供超光速通訊。

量子秘鑰分發僅僅是在分發秘鑰,這個秘鑰是隨機的,雖然瞬時就可以分發過去,其本身無法承載任何信息,信息在這里還是通過經典信道傳送的,因此量子秘鑰分發也無法提供超光速通訊的機制。

這里的重點是理解什么是通信,通信是把一段有效的信息從一個地方傳遞到另一個地方,比如最簡單的0或1,我發1告訴對方“拿破侖贏得了戰役”,發0告訴對方“拿破侖輸掉了戰役”,這里的0和1代表著特定的含義,不能隨機選。但對秘鑰就不一樣了,秘鑰可以是個隨機的數字,0或1都可以。

我們可以用量子力學的機制生成秘鑰,并瞬間分發它們。比如我們讓AB兩個相距很遠的自旋-1/2粒子糾纏起來,對A粒子的測量是自旋向上的話,假設AB構成了自旋單態,那么稍后對B粒子的測量將是自旋向下。

對A粒子測量自旋取向通訊,其結果是隨機的。量子秘鑰分發的機制相當于是用一個隨機過程來產生一個隨機數,AB雙方都瞬間知道了,然后A用這個隨機數來對需要發送的信息加密,而B用這個數來對收到的信息解密。

在這個過程里通訊,由于產生的是隨機數,所以無法有目的地發送特定的信息,比如我就想發送1,那是不可能的,我沒法控制對A粒子自旋測量的結果。既然量子秘鑰分發機制不可能傳送信息,所以也談不上超光速通信了。

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