让爱因斯坦头疼不已的量子纠缠被证实 量子加密或将引发通信革命

科学家已经证明,某些亚原子微粒也表现出量子纠缠现象,具备可能超越光速的不可黑的通信可能。

让爱因斯坦头疼不已的量子纠缠被证实 量子加密或将引发通信革命

量子纠缠理论半个世纪之前就出现了,但直到最近,某些亚原子微粒的这一奇怪性质都非常难以证明。现在,科学家们终于用实验表明了这一现象的真实性。

量子纠缠是粒子共享特性的一种性质,当共享特性的粒子非常贴近时,这些粒子会变得不可区分。2个或多个粒子可纠缠到一块儿,科学家测量其中一个粒子的状态时,其他粒子也会表现出同样的状态。

说道某个粒子的状态,往往意味着确定诸如粒子自旋等某些特性。因为海森堡不确定性原理,粒子的特性是不可能同时得到的,比如其速度和位置。测速度就测不到位置,反之同理。但只要你测定一个粒子的某个特性,其他粒子的不确定性就会崩溃,它们会表现出同样的特性。

重点是:粒子状态从不确定到确定的改变是同时发生的,无论距离远近。这意味着,即使你把纠缠的粒子一个放在冥王星,一个放在地球,它们状态的改变也可以被即时检测到,而不需要光信号跑上4个半小时送达。

信息传递可超过光速的想法深深困扰着爱因斯坦,他将之称为“鬼魅般的超距作用”。但实际上,纠缠粒子间的通信,明显发生在我们平时感受到的时空范围之外。

那么,这真的意味着我们马上就能享受超光速通信了吗,就像电影《星际迷航》里演的一样?未必。因为你必须在通信之前把纠缠粒子之一放到要通信的远程地点。然后,尽管粒子状态改变可能是同时的,你也无法传输太多数据。你可以把每个粒子想象成1比特信息的载体,而你必须挨个纠缠它们。

证明量子纠缠信息传输能力的实验是8月份进行的,分别在加拿大卡尔加里市和中国合肥。结果于9月20号发表在《自然·光子学》期刊上。两个实验都非常成功,但也有局限性。中国团队更为成功一些,将17个纠缠光子传输了数英里。

早些时候在加那利群岛上进行的实验,用激光将纠缠光子传输了更长的距离,大约80英里。

8月份进行的两个实验都用到了光纤电缆来传输纠缠光子,解决了远程投递问题。另外,研究人员还测试了这些纠缠粒子的其他性能——不可破解的强力加密。这是由于,当纠缠产生,实际上也就产生了一个密钥,而想要读取结果,该密钥必须先传输到远程地点。

尽管拦截纠缠粒子是可能的,缺了那个密钥也是毫无用处。而且,即使你将被拦截的粒子发送给既定收家,其状态已被观察过的事实也藏不住。最终,收家会知道该粒子已被拦截,发现黑客行为。

虽然所有这些看起来有点八竿子打不着,但还真不是这样。量子通信的概念还处于婴儿期。但其光明前景已让中国政府发射了第一颗实验卫星,用于测试其传输的信号是否不会被黑,以及测试空间量子通信的其他性能。毫无疑问,这颗卫星也能用于确定超光速通信是否可能。

量子通信完整能力被确定并投入实用之前,还有其他工作要做。其中,正在攻克通信问题的科学家也在试图确定有没有距离限制,还有纠缠粒子的保持时限问题。

目前,粒子是通过长度相同的光纤发送的,因而它们出现在另一端的时间相同。尚未可知的是,发送加密密钥到另一端以确定纠缠粒子状态时,这种精确性是否真的有必要;又有没有其他因素会影响到纠缠工作。

如果这些限制可以全部或部分攻克,那么量子通信就有可能引发通信革命。当下,一些科学家认为,诸如发送密钥必要性之类的限制,无法攻克。不过,现在就这么说还为时尚早,毕竟,这整个研究领域被认为是不可能也就是不久前的事儿。

量子加密不太可能在近期内进入实用,因为这实际上是个工程问题,而不是理论物理问题。除此之外,还有许多的研究要进行。没人知道该具体该怎么做,但研究人员正在迎难而上。

 

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