為什麼量子通信不能超光速傳遞信息？

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一邊改變，另一邊測試不行嗎？

量子通信的邏輯是這樣的。假設有兩枚魔法硬幣包在各自的盒子里，如果用一種方法打開盒子，兩枚硬幣一正一反。用另一種方法打開，兩枚硬幣正反相同。
現在兩個人帶著盒子分別在兩個地方。甲先打開盒子，然後打電話告訴乙自己硬幣的正反。乙看一眼自己的硬幣，就知道甲用哪種方法打開的硬幣，信息也就傳遞了。這種方式下，哪怕別人竊聽了電話，也沒法知道信息內容，所以量子通信是一種安全的信息加密方法。
但是，信息傳播的速度不會超過打電話的速度，在沒有接到電話時，乙光憑自己的硬幣無法得知任何信息。所以量子通訊並非超光速通訊的手段。

量子通信利用的是糾纏態「關聯」的非定域性，而非相互作用的非定域性。當你製備出一對兒糾纏對兒時，它們帶有了非定域的、超越時空的關聯性不假，但當你對其中一個比特實施局域酉變換時，這種關聯就被打破了，你是沒辦法在另一個（可能離你很遠的）比特上實施相反的局域酉變換的。（這裡是關鍵！你以為你把這邊的0變成1，那邊的1就自動變成0了。但這個理解是錯誤的！你把這邊的0變成1，那邊的1仍然保持為1）因此局域酉操作無法用來傳遞信息。區別是，局域測量可以傳遞信息。因為測量結果保持著關聯性。但問題是測量結果從單方看是隨機的，你不能控制測量結果。所以一定要輔助以經典通信。而經典通信不能超光速，所以量子通信也不能。

補充一句：很好奇這個題目最終會釣來多少民科和半瓶子醋。。。

最近正好讀到了量子理論的東西，就隨便答一下。
一下是引用的文字。
假設一個能夠星際旅行的種族，駕駛一艘飛船來到他們的星球和我們的星球中間，然後釋放了一對糾纏態的量子，其中一個正好飛向地球，另一個飛向家鄉，並與家鄉星球的人做一個約定。約定可能是：在某個時刻，一起查看，如果家鄉的人發現飛向家鄉的那個量子的自旋是向上的，則表示地球是可侵略的，否則就表示不可侵略的。
然後他在繼續飛往地球並嘗試侵略地球。現在問題來了。無論他是否成功侵略的地球，他都不能將信息傳達給家鄉。因為他所能做的僅僅是查看飛到地球的這個量子，但是具體這個量子的自旋方向是沒有辦法隨著他的意願來改變的。那麼家鄉那邊的人查看了這個量子之後，自旋也是隨機的。而由於不論他是否有查看這個量子，家鄉的人在查看的時候，這個量子的自旋一定會確定下來。所以連他是否查看了這個量子這個信息都不能傳遞。
在量子理論中，確實允許量子本身的一種超光速，多種解釋中都含有超光速的概念，比如導波的感念。但是從來都沒有一種理論支持可以隨著人的意願來改變數子的狀態並利用量子理論來影響糾纏態的另一個量子。因為一旦人參與進來後，整個系統就不再是那兩個量子本身了，而是包含了人在內的所有粒子。所以另一個粒子的狀態又是不確定的了。

本質上還是依賴經典信道傳送信息的，最原始的是bb84 protocol ，你可以自己搜索一下，有很多生動的演示
實際上我們有非常一般性的定理https://en.m.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem

A,B兩邊持有互相糾纏的量子態。
B測量量子態，測得的結果是隨機的。B把測量結果發給A，A根據測得的結果可以還原量子態，這就是量子通信。
其中「B把測量結果發給A」，這步需要通過經典手段（目前也就是電磁波）傳輸，所以量子通信不能超過光速。

因為雖然糾纏的作用可以認為是瞬時的，但是單獨量子信道無法完成信息傳遞，需要經典信道的配合。經典信息是無法超光速傳播的。

「信息」這個詞很好玩。

我的理解，「無序中的有序」就是信息。

但是，但是，但是，某些時候，不需要有序也是信息。

比如，對稱密碼。越隨機越好，越無序越好。

你說他不攜帶信息？是的，你不能從A地把一個觀測結果或者決策結果發送給B地。

但是，如果用糾纏量子去「保存」密鑰呢？這個算是「傳播」，還算是保存？

方法如下：

地面製備了一定量的糾纏量子，飛船攜帶了一半離開。地球沒有測量以前，這些量子的信息是未知的。一旦某一方測量，那麼另一方就確定了測量結果。

只要這些量子不被替換掉，兩邊實際上是有可能超光速使用約定好的密鑰。這些密鑰來源於提前製備的糾纏量子。比如，設定一個時間，雙方同時切換量子密鑰。這個「同時」，無需等光速時延。

但是，這個算是超光速傳播信息嗎？

量子通信本身就是錯詞
量子糾纏用於加密，而不是用於通信

不是不行，是現在還沒找到。

我們在地球這艘高速的太空船上做了很多光速的實驗。

從直覺來說，如果光與地球同向運動，那就是追及問題，我們觀測到的光速應該是速度差對不對？

如果光與地球反向運動呢？當然就是遠離問題，是速度和了。

然而，最準確的邁克爾遜莫雷實驗告訴我們，地球上測得的光速，恆定，不管你是哪個方向的光。

物理學的鐵則是，實驗得到的事實具有最高權威，其他任何東西與實驗結果不符，都是錯的。

於是有個叫愛因斯坦的傢伙，從光速不變的結論一直推導一直推導，最後得出你速度越快，時間越慢，速度達到光速，時間就慢到零的結論。

按說雖然光速不變很神聖，但愛因斯坦不神聖啊，真有人信這鬼話么？

偏偏我們做的所有實驗都符合愛因斯坦的理論，於是我們順便也接受了光速不可突破的結論。

你所說的一邊改變一邊測試不知道是什麼意思，改變什麼？
兩個糾纏的粒子，一旦其中一個被測量，另一個也就能確定了，但經過測量之後兩個粒子之間的糾纏已經破壞了，這是一次性的不可逆的，改變這個粒子那邊那個粒子不會有任何變化。
就像一個硬幣切成兩半放盒子里，一半是1一半是菊花，只要看見了這一半就能瞬間確定另一半，無論兩者相距多遠，這就是硬幣之間的糾纏，這裡要和經典世界做個區別，雖然盒子沒打開，但硬幣不是處於一種正反面已經確定只是大家不知道的狀態，而是真正的沒有正反面的狀態，只有打開盒子才能生成正反面。當打開一個盒子確定盒子里硬幣的正反面之後，這種糾纏就消失了，這時再把盒子蓋上，硬幣回不到原先不確定正反面的狀態了，兩個殘缺的半塊硬幣也不再有任何聯繫。

「一邊操作，另一邊測試」，不僅不能超光速傳遞信息，而且不能傳遞任何信息。
根據量子力學無法通信定理，對系統的一部分進行操作，不能改變系統另一部分的測量結果。不論系統內是否存在糾纏，不論是否超光速，都不能傳遞任何信息。

一邊測量為什麼能改變另一邊測量的結果？
直接用量子力學基本公理的回答是：測量具有全局的效果。
那麼，測量和操作有什麼不同？
深層次的詮釋是：因為任何粒子的波都是充滿整個宇宙的，影響了波的一部分就影響到了整個粒子，因此量子力學存在信息瞬時傳播的。測量的過程就是藉助這一點改變另外一個粒子的狀態的。量子糾纏只是信息瞬時傳播的具體表現。

總之，「無法通信定理」是有前提的，「只對系統的一部分進行操作」，無法通信。我們只能證明單憑量子糾纏現象不可能超光速通信而已。但仍有其他設想可能成立，比如量子糾纏和黑洞結合起來實現超光速通信。

現有任何一條物理理論都不能推導出「超光速傳遞信息」不可能的結論。所以，人們仍然在孜孜以求的尋找超光速通信的方法。相反，如果經過無數實驗仍然無法實現超光速傳遞信息，需要發展新的物理理論解釋這個現象。

有人誤以為超光速傳遞信息違背相對論原理。但這是不正確的。相對論的基本假設是所有參考系的物理定律相同。超光速傳遞信息會推導出「在某個參考系中，結果先於原因發生"這種違背日常經驗的結論，但是，卻不違背相對論原理本身。

如果可以超光速傳遞信息，我們造兩艘相對於地球接近光速運行的宇宙飛船X和Y，讓X和Y相對靜止，並且在某時刻讓X飛臨地球附近，Y飛臨冥王星附近。
然後讓地球上的甲發信息給X，X通過超光速的手短髮給Y，Y再發給冥王星上的乙。也就是在飛船的參考系裡面，甲發送信息後一瞬間，遠在冥王星的乙就會收到信息。
那麼根據相對論原理，在某種情況下，在地球參考系裡面，會出現「甲發送信息之前，乙就可以收到信息（儘管只能收到信息的一部分）」的現象。

這個結論違背了日常經驗，卻只是基於相對論的邏輯推導，並不違背相對論原理。

未卜先知對我們來講沒什麼奇怪的。因為根據薛定諤方程或狄拉克方程，系統的演化是決定論的。也就是給定孤立系統任何一個時刻的狀態，我們可以推算出系統過去任何一個時刻的狀態，也可以推算出系統未來任何一個時刻的狀態。如果這個原理可以適用於整個宇宙，把整個宇宙看成孤立系統，結論就是愛因斯坦的觀念，過去現在未來是同時存在於宇宙中的，量子力學原理仍未能否認這個觀點。就好比說，我們編寫了一個計算機程序，在運行前我們就能夠預測出程序運行的結果。乙在甲發送信息之前就知道甲發送的信息是什麼，只是以某種方式了解了既定的未來，這並沒有什麼不可思議的。

接下來有一個邏輯矛盾：乙先知道了結果，依靠同樣的手段傳遞給甲，甲在他發信息之前就知道他發的信息是什麼，然後他可以改變自己的信息。
然而，這個是違背決定論假設的。過去和未來都是既定的，即使你知道未來，你也不會去改變未來。在決定論下不存在自由意志。

所以，超光速導致因果律的顛倒，只是佯謬。佯謬之所以只是佯謬，就是因為它僅僅違背日常經驗卻不違背現有的物理學原理。就好比泊松亮斑，違背日常經驗，卻符合物理原理，也得到了證實。

佯謬只會引導我們進一步研究，這個違背日常經驗的現象是否真的可能發生。如果可能，我們如何實現這些以前看起來匪夷所思的現象，做一些以前做不到的事情。如果不可能，我們需要增加新的物理定律去解釋這個不可能。

總之，在現有的物理原理下，決定論的思想仍然是可以自圓其說的。量子力學「測量」結果的隨機性完全可以用儀器（宏觀物體）狀態的統計分布來解釋。量子糾纏產生了超光速傳播信息也不違背現有原理。我們所有的隨機僅僅是混沌而已。

自然也可以有其他的詮釋，例如一些人傾向於真隨機。但這些詮釋同樣面臨困難。例如馮諾依曼談到的，微觀上的確定性如何導致宏觀測量的隨機性。詮釋之所以是詮釋，就是沒有目前無法證偽，既然無法證偽，就允許多種詮釋並存。如果能夠證偽，通過實驗驗證，就會只剩下唯一符合實驗的那種詮釋，詮釋就已經上升為物理定律了。

因為雖然量子糾纏的作用是超光速的，但它能傳遞什麼樣的信息是完全隨機的，並不能被我們控制，至少從現有理論上看不行，所以只能用來當成密碼輔助常規通信增加保密性。
也就是說，在量子通信中，真正傳遞信息的還是常規通信，量子只是起到增加保密性的作用。

你說的應該是量子糾纏用來通信，首先來看下量子糾纏現象。

兩個粒子，A、B相隔光年之外，首先我觀察到A粒子是左旋，那麼馬上知道B粒子肯定是右旋。

然後我不觀察了，那他們的狀態又不確定了。

這個就是量子糾纏，

那麼根據這個原理要怎麼進行通信呢？

首先傳統通信都是，我發送A粒子的左旋信息，經過光纖到達B點，B知道A是左旋，然後他應該右旋，再傳送數據回去告訴A他是右旋，這個就是信息的傳遞。

現在的結果是，A點直接知道B是右旋，沒有任何信息的傳遞，只有結果，中間過程都是未知的，不可控的，所以才能用來加密，這其中沒有任何信息的傳遞，所以就不能用來通信。

知乎專欄上看過別人的解釋，一方面糾纏態是一次性的，假設有甲、乙兩人，各有一個粒子A和A"，且A和A"呈現糾纏態，甲觀察了糾纏粒子A，令其塌縮了，隨即出現一種狀態，假設是左旋（也可能是右旋，隨機的），這會影響A"，使其塌縮成右旋（就是成對的），然後A和A"的糾纏態就破壞了。以後甲再怎麼觀察A，都對A"無影響，顯然不能持續性地傳送信息。

另一方面，由於糾纏態會被觀測破壞掉，所以，乙不能每時每刻都觀測A"，也就無法知道A"的狀態是否發生過改變。

甚至乙觀測A"，且發現A"塌縮成右旋狀態了，他也無法知道這個右旋是甲先觀測了A，並且隨機出左旋狀態，然後導致了A"因糾纏變右旋？還是因為乙自己的觀測導致了A"隨機塌縮成右旋狀態，且令A塌縮成左旋？

也就是乙對A"進行觀測後看到的狀態，究竟是受到甲觀測的影響產生的，還是乙自己的觀測產生的，都搞不清，於是甲到底有沒有觀測過A，乙都無法通過對A』進行單方面觀測來確定。

總之就是不光傳遞的信號是個一次性的不可控隨機碼，甚至這個隨機碼對接收方來說還無法讀取，因為他也不知道那隨機碼是自己的讀取操作催生出來的，還是確實由發送方發送的，顯然無法用這個方式傳遞有序的不會被誤讀的信號。

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量子陰形態傳輸據說是（說實話沒看懂啊），引入另一個粒子B，讓甲把A、B兩個粒子做一次整體觀測，使A、B都塌縮改變狀態一次，並且把觀測結果通過電話告訴乙，再讓乙觀測被糾纏態改變過一次狀態的A"，之後把這三個粒子的狀態數據結合起來，就可以計算出B在第一次觀測前的初始狀態。

然後用這類方法就能獲得一種隨機秘鑰，用作加密通訊了——具體是怎麼把連初始狀態都不知道的B當成隨機秘鑰用的我一點都不理解~~

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後來又聽說，如果對粒子進行弱觀測，有可能會不破壞糾纏態，但是讀取的狀態信息會不準確，多次弱觀測後可以得到更準確地信息，但也會加大破壞糾纏態的可能性。

那麼這個弱觀測法如果能在估測粒子初始狀態的準確率，和破壞糾纏態的可能性上找到一個平衡點，再加上事先雙方約定好觀測時間，也許就能有一定概率，在特定的時間發送一些一次性信號了？

【不過這個是我瞎猜的，可能不對。說實話對於基本粒子被觀測時會出現隨機狀態，充滿不確定性，然後又能去研發量子計算機，這點始終沒法理解。】

要是能超光速，那還真是21世紀最大的發現！
牛頓，愛因斯坦，普郎克。
之後就是他了！！！

總算看到了一個靠譜正確的答案

信息傳遞不等於通信，量子糾纏傳遞的信息是無法直接解碼的所以通信沒完成。

超光速的前提不是「沒有攜帶任何信息」嗎？

量子糾纏是超光速的但是其中並沒有包含任何信息與能量不違反相對論

640K個量子通信對就足夠星際旅行了
--蓋茨?比兒