能用簡單的語言介紹一下量子力學和量子通信嗎?

文科生,所以請盡量用通俗的語言。


關於瞬時傳輸,有兩個誤解:其一:這步是超光速傳輸,因為整個過程分為量子信道和經典信道,經典信道是沒有超光速的,所以瞬時傳輸不是超光速傳輸。其二:傳輸的只是信息,不是物質。


我最喜歡和文科生解釋這個了,簡單來說,有兩種思路去理解量子通信,這裡所涉及到的量子力學統統可以用一個叫做「糾纏態」來理解。

什麼是糾纏態呢,就比如我拿了兩個量子糾纏起來,它們一個身上寫了一個數,另一個身上也寫了一個數,在我看這個數之前,它們是不確定的(不是不知道,而是不確定,我們的世界就這樣,在量子層面上有些東西如果不去觀察,那它就是不存在的,並非完美的唯物主義),但是可以確定的是這兩個數加起來是一個定值(比方說加起來是2),那麼無論這兩個量子相隔多遠,我一看其中一個寫著2,,那麼另一個上面寫的數就確定了,就是0。量子力學裡面有很多精深的東西,但真正毀人世界觀的就是這個,你不去看,就沒有,你一旦看了,它就確定下來了,薛定諤的貓就是這個道理,一個黑箱子裡面有隻貓,打開箱子看的話有一半的概率是生是死,但在你打開之前,這隻貓既不是生也不是死,不是你不知道,而是不存在生死這種命題(當然這是個比喻,相關有更多內涵的東西那就是理科生的笑料了)。

如何做量子通信呢,《三體》中提到的量子通信是一種超光速通信的假象,比如我先把其中一個量子搬到地球,另一個留在三體星星上,兩者相差幾百光年,然後我在一個量子上寫一個1,另一個量子就會出現1,我把1擦掉再寫2,那麼另一個量子就會出現0,如此類推,這個作用時間是瞬間,所以可以實現超光速通信。但這只是一個假象,因為第一我無法在量子上寫這個1,第二是其中一個量子如果出現一個1,另一個量子出現了1以後,這個糾纏態很可能就被打破了,我無法再讓他們超遠距離糾纏起來。理論上這麼個通信是被證明不可行的,信息是不能超光速傳遞的。

所以呢,現在所說的量子通信,各個大學各個研究所各個媒體上所說的即將出現的量子通信,實際上不是這個追求超光速傳遞信息的思路, 而是一種理論上不可破解的保密傳輸。因為兩個糾纏起來了的量子並不是一個寫一個數另一個也寫一個數這麼簡單,而是兩個量子一旦糾纏了,我拿到其中一個,那麼我就能判斷另一個,也就是這個世界上只有一個量子是滿足和它糾纏的所有條件(相當於我量子上寫了無窮多個數,你那個也是,我們之間的數每一對對應的加起來都是2,那麼我和你才能配對)。有了這個「世界唯一」,我就不擔心有人配一把一模一樣的鑰匙。所以量子通信里量子的用途是保密而不是傳輸,現在量子通信裡面研究得最有進展的,恐怕是怎麼把一對量子分開一定的距離而盡量保持糾纏吧。


量子力學是由於出現了經典力學所不能解釋的現象後,由一些思想較為先進的物理學家發展起來的一門學科。和經典物理的主要區別在於量子力學將人們認為宏觀中連續的能量看成一份一份的存在,這樣將離散的思想引入物理學,因而產生了量子力學。(這個是個人觀點,僅限於理解,裡面很多說法是有問題的,或者說是不嚴謹的)

量子通信是利用經典通信和量子力學的知識,重點在於保證通信過程中的安全性的一種通信方式。量子通信的唯一特定點就是絕對的安全性。(這裡絕對的意思也是相對的,即理論上的絕對安全和實際器件有缺陷導致的相對安全)


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