這就是為什麼量子糾纏不允許我們進行超光速通信

中國在最近發射了一枚衛星用於測試量子糾纏。這是一項有趣的實驗，這將有望實現「防黑客」的衛星通信。然而，這也導致了一系列的文章聲稱量子糾纏能允許超光速的通信。雖然有多個科學博客已經指出為什麼這是錯誤的，但是這值得再次強調：量子糾纏不允許速度超過光速的通信。

這種誤解是源於量子理論的通俗化推廣方式。量子客體可以是粒子和波，即具有波粒二象性。它們有一個波函數能描述特定結果的概率，而當測量這個量子客體時，它就會坍縮進入一個特殊的粒子狀態。不幸的是，這種量子理論的哥本哈根解釋掩蓋了大部分的微妙量子行為，所以當它應用於糾纏時，就會看似有點矛盾。

最受歡迎的量子糾纏例子被稱為愛因斯坦-波多爾斯基-羅森（Einstein-Podolsky-Rosen，EPR）的實驗。取一個兩個物體的系統，比如兩個光子，這樣它們的和有一個特定的已知結果。通常，這表現為它們的極化或自旋，這樣總和必須為零。如果一個光子測得是處於+1的狀態，那另一個光子必定處於-1的狀態。由於一個光子的結果影響另一個光子的結果，就說這兩個光子是量子糾纏的。

在哥本哈根的觀點看來，如果兩個糾纏光子被分隔在相距很遠的地方（原則上，甚至是相距光年以上），當測量一個光子的狀態時，就能立即知道另一個光子的狀態。為了讓兩個粒子的波函數瞬間坍縮，那兩個光子之間的交流就必須超光速，對嗎？

一種很流行的反觀點認為雖然波函數坍縮速度超過光速，但這不能用於發送超光速的消息，因為結果是統計學上的。如果我們相隔數光年，我們雙方都知道對方的糾纏光子對的結果，但是每一對糾纏光子的結果是隨機的（由於量子不確定性)，所以我們就不能迫使光子有一個特定的結果。

現實是更微妙，並且要更有趣的多。雖然量子系統往往被視為很脆弱的東西，只要最輕微的相互作用就會使它們坍縮到一個特定狀態，但事實並非如此。糾纏系統實際上可以用各種各樣的方法來操縱，甚至可以操縱它們擁有一個特定的結果。例如，我們能以不同的特定量子態創造出糾纏光子對。一個狀態可以代表1，另一個則是0。在遙遠一端的人需要做的是確定一對特定的光子是處於哪種量子態。但要做到這一點，那邊的人將需要獲得大量的量子態的副本，然後測量這些副本以通過統計學來確定原始狀態。但事實證明，在不知道量子系統的狀態時，是無法複製一個量子系統的。這被稱為量子不可克隆定理，它意味著糾纏系統不能以超光速傳遞信息。

讓我們回到中國剛剛開展的實驗。量子不可克隆定理也意味著一個糾纏系統可以用來發送加密消息。雖然糾纏光子不能傳遞信息，但它們的隨機結果具有相關性，所以A和B可以使用一系列糾纏光子來生成一種可以用於加密的隨機字元串。因為AB雙方都知道對方的結果，所以他們都知道這個相同的隨機字元串。為了破解這種加密，需要複製一份糾纏狀態，但這是不可能的，因此破解量子通信是非常困難的。有部分複製量子態的方法，這會提高破解加密的機率，但一種完美的複製是不可能的。

因此，量子糾纏無法讓我們進行超光速通信，但這能讓我們更容易對秘密進行加密。

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