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量子通讯可以远距离,以超过光速通讯么?

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讲到量子通信,一般对应的是量子秘钥分发和量子隐形传态,这两个过程都无法以超光速传递信息。换句话说,就信息的传递速度而言,量子通信和经典通信一样,都以光速c为上限。

量子隐形传态需要一个经典信道传递在A处进行测量获得的信息,所以虽然在A处的测量能瞬间改变远方B处粒子的量子态,但我们要把A处某粒子的信息传递过来,还得等“经典信道”传来的信息,然后我们根据这个信息选择合适的幺正变换,才能把B处粒子的量子态变换为和A处某粒子量子态相同的信息。因此,这样构造出来的通信过程将受制于经典信道信息传递的速度。换句话说量子隐形传态不可能提供超光速通讯。

量子秘钥分发仅仅是在分发秘钥,这个秘钥是随机的,虽然瞬时就可以分发过去,其本身无法承载任何信息,信息在这里还是通过经典信道传送的,因此量子秘钥分发也无法提供超光速通讯的机制。

这里的重点是理解什么是通信,通信是把一段有效的信息从一个地方传递到另一个地方,比如最简单的0或1,我发1告诉对方“拿破仑赢得了战役”,发0告诉对方“拿破仑输掉了战役”,这里的0和1代表着特定的含义,不能随机选。但对秘钥就不一样了,秘钥可以是个随机的数字,0或1都可以。

我们可以用量子力学的机制生成秘钥,并瞬间分发它们。比如我们让AB两个相距很远的自旋-1/2粒子纠缠起来,对A粒子的测量是自旋向上的话,假设AB构成了自旋单态,那么稍后对B粒子的测量将是自旋向下。

对A粒子测量自旋取向通讯,其结果是随机的。量子秘钥分发的机制相当于是用一个随机过程来产生一个随机数,AB双方都瞬间知道了,然后A用这个随机数来对需要发送的信息加密,而B用这个数来对收到的信息解密。

在这个过程里通讯,由于产生的是随机数,所以无法有目的地发送特定的信息,比如我就想发送1,那是不可能的,我没法控制对A粒子自旋测量的结果。既然量子秘钥分发机制不可能传送信息,所以也谈不上超光速通信了。

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