讓愛因斯坦頭疼不已的量子糾纏被證實量子加密或將引發通信革命

科技 09-28

科學家已經證明，某些亞原子微粒也表現出量子糾纏現象，具備可能超越光速的不可黑的通信可能。

量子糾纏理論半個世紀之前就出現了，但直到最近，某些亞原子微粒的這一奇怪性質都非常難以證明。現在，科學家們終於用實驗表明了這一現象的真實性。

量子糾纏是粒子共享特性的一種性質，當共享特性的粒子非常貼近時，這些粒子會變得不可區分。2個或多個粒子可糾纏到一塊兒，科學家測量其中一個粒子的狀態時，其他粒子也會表現出同樣的狀態。

說道某個粒子的狀態，往往意味著確定諸如粒子自旋等某些特性。因為海森堡不確定性原理，粒子的特性是不可能同時得到的，比如其速度和位置。測速度就測不到位置，反之同理。但只要你測定一個粒子的某個特性，其他粒子的不確定性就會崩潰，它們會表現出同樣的特性。

重點是：粒子狀態從不確定到確定的改變是同時發生的，無論距離遠近。這意味著，即使你把糾纏的粒子一個放在冥王星，一個放在地球，它們狀態的改變也可以被即時檢測到，而不需要光信號跑上4個半小時送達。

信息傳遞可超過光速的想法深深困擾著愛因斯坦，他將之稱為「鬼魅般的超距作用」。但實際上，糾纏粒子間的通信，明顯發生在我們平時感受到的時空範圍之外。

那麼，這真的意味著我們馬上就能享受超光速通信了嗎，就像電影《星際迷航》里演的一樣？未必。因為你必須在通信之前把糾纏粒子之一放到要通信的遠程地點。然後，儘管粒子狀態改變可能是同時的，你也無法傳輸太多數據。你可以把每個粒子想像成1比特信息的載體，而你必須挨個糾纏它們。

證明量子糾纏信息傳輸能力的實驗是8月份進行的，分別在加拿大卡爾加里市和中國合肥。結果於9月20號發表在《自然·光子學》期刊上。兩個實驗都非常成功，但也有局限性。中國團隊更為成功一些，將17個糾纏光子傳輸了數英里。

早些時候在加那利群島上進行的實驗，用激光將糾纏光子傳輸了更長的距離，大約80英里。

8月份進行的兩個實驗都用到了光纖電纜來傳輸糾纏光子，解決了遠程投遞問題。另外，研究人員還測試了這些糾纏粒子的其他性能——不可破解的強力加密。這是由於，當糾纏產生，實際上也就產生了一個密鑰，而想要讀取結果，該密鑰必須先傳輸到遠程地點。

儘管攔截糾纏粒子是可能的，缺了那個密鑰也是毫無用處。而且，即使你將被攔截的粒子發送給既定收家，其狀態已被觀察過的事實也藏不住。最終，收家會知道該粒子已被攔截，發現黑客行為。

雖然所有這些看起來有點八竿子打不著，但還真不是這樣。量子通信的概念還處於嬰兒期。但其光明前景已讓中國政府發射了第一顆實驗衛星，用於測試其傳輸的信號是否不會被黑，以及測試空間量子通信的其他性能。毫無疑問，這顆衛星也能用於確定超光速通信是否可能。

量子通信完整能力被確定並投入實用之前，還有其他工作要做。其中，正在攻克通信問題的科學家也在試圖確定有沒有距離限制，還有糾纏粒子的保持時限問題。

目前，粒子是通過長度相同的光纖發送的，因而它們出現在另一端的時間相同。尚未可知的是，發送加密密鑰到另一端以確定糾纏粒子狀態時，這種精確性是否真的有必要；又有沒有其他因素會影響到糾纏工作。

如果這些限制可以全部或部分攻克，那麼量子通信就有可能引發通信革命。當下，一些科學家認為，諸如發送密鑰必要性之類的限制，無法攻克。不過，現在就這麼說還為時尚早，畢竟，這整個研究領域被認為是不可能也就是不久前的事兒。

量子加密不太可能在近期內進入實用，因為這實際上是個工程問題，而不是理論物理問題。除此之外，還有許多的研究要進行。沒人知道該具體該怎麼做，但研究人員正在迎難而上。

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