我們可以利用量子糾纏進行超光速通信嗎？

科技 05-03

我們可以利用量子糾纏進行超光速通信嗎？

Gliese 667 Cc上的日落。這個系外行星位於一個三合星系統中。ESO / L. Cal?ada

劉慈欣在《三體》中描繪了一種能夠跨越宇宙空間進行實時通信的方式，也就是利用量子糾纏進行超距通信。在現實中，這種通信方式真的可以實現嗎？

我們知道，恆定的真空光速是速度的極限。但在量子物理學中，存在著一種「糾纏態」，能夠產生所謂的「超距作用」。

在我們常識中的「非糾纏」世界，如果兩枚硬幣被分別拋下，那麼它們哪一面朝上只與概率有關，分別是50%，而且它們之間並不存在關聯，也就是說它們各自哪一面朝上並不取決於對方。

但是在「糾纏態」的量子世界裡，卻有一種十分神奇的效應。這兩枚硬幣哪一面朝上，與對方哪一面朝上有關。如果我們知道了「糾纏硬幣」中其中一枚是正面朝上，那麼我們也就知道了另一枚必然是正面朝下。而且，這種對應關係不受距離限制。

這就是所謂的「量子糾纏效應」。硬幣只是個方便的比喻，在實際的量子物理學中，處於「糾纏態」的通常是粒子——比如光子或電子。

光子的自旋狀態通常可以用+1或-1這樣的數值來表示。如果有一對處於「糾纏態」的光子，在我們對它進行測量之前，這對光子的自旋狀態是不確定的。但一旦我們測定了其中一個的自旋狀態是+1，那麼就能夠在瞬間獲知另一個的自旋狀態是-1，無論它是在隔壁房間，還是在宇宙的另一頭。

所以，我們可以把這種量子效應實用化嗎？

我們可以利用量子糾纏進行超光速通信嗎？

通過光束分離器的激光束。Melissa Meister

我們可以比較方便地製造出一對糾纏粒子。比如讓兩個全同光子通過特殊的晶體，從這樣的晶體中射出後，這兩個光子就有糾纏關係。

但處於糾纏態的粒子間並沒有傳遞任何信息，而是處於一種非常奇怪的對應狀態，且只有當我們對它進行「被動」「詢問」時，這種對應關係才會顯現。假如我們強迫其中一個粒子呈現某種狀態，那麼它們之間的「糾纏關係」就會中止。

假如我們把「通信」只定義為超距的測量，那麼這無疑是可行的。但是在實際應用中，通信並不只是測量，而是要傳輸信息。載入特定的信息，就意味著要把人的「意志」「主動」強加給其中一個。而這，就意味著「糾纏關係」被中止。也就是說，無論你在地球上獲得什麼樣的結果，都和光年以外的那個粒子無關了。

量子物理學就是這樣讓人費解。我們只有通過測量一對處於「糾纏態」，且整體狀態已知的粒子中的一個，才能夠在瞬間獲知另一個的狀態；而沒有辦法把信息人為地載入給其中一個，並發送給另一個。所以從這個意義上來說，超光速通信是不存在的。

無論多麼古怪，這就是量子物理學法則。我們恐怕沒有辦法在和上帝玩骰子的時候作弊了。

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