科学狂想之量子纠缠下的信息时代

量子纠缠小剧场

团团和圆圆是一对双胞胎，他们一直生活在一起，感情很好。

天下没有不散的宴席，18岁那年，团团和妈妈移居去了国外，但这并不影响这对姐妹的感情，他们仍然无话不谈，无事不分享，而且她们俩聊天有一条专属的秘密通道。

在外人看来，他们俩仿佛有心灵感应一样，一方做什么，另一方就算远在天边，也能瞬间做出对应的事——这就是处于纠缠态的一对量子。

身边人看到圆圆在做什么，立马就知道团团在做什么。这不就是通信的本质——信息的传播嘛！

量子纠缠下的通信时代

量子通信是以量子纠缠技术作为基础，通过量子纠缠所产生的连锁效应来实现信息传递的一种新型的通信方式。

在量子通信中，我们用量子态来表示信息，信息传递和信息处理中遇到的问题都采用量子理论来处理。

其中，信息的传输是利用量子态在量子通道中的传送；信息的处理和计算是利用量子态的幺正变换；信息的提取是对量子系统进行测量。

目前人们已经利用量子纠缠理论实现了量子加密技术，并在通信中广泛应用，这项技术我国在国际上也处于领先地位。相关知识可以参考量子加密都不懂，还说你是通信人？

但是，小编今天要给大家展示的是科学家们对于量子通信的浪漫狂想。

假如有两个需要相互通信的人，他们拥有一对发生过纠缠的量子。当其中一个量子携带了信息，则此信息会重现在另一个量子上，以此实现“不加外力”方式传输信息。

量子通信中的发信者与收信者利用报文方式传输所共享的量子数量取决于发送报文本身的长度。报文长，双方拥有的纠缠态量子就多；报文短，双方拥有的纠缠态量子就少。

重新回味上一段的小剧场，红色/白色分别对应着信号传播中的0/1状态。当一方的量子A状态由0变为1时，另一方的量子B就瞬间从1变为0，人们观察B的状态就可以读出A的状态。

这种心灵感应式的信息传播浪漫到你了吗？

讲到这里，大家可能对量子通信的益处还没有明确的感知。不要着急，我们来和5G通信的特点比较比较。

我们知道，5G通信的特色之一就是三大应用场景：低时延、高带宽、广连接。而狂想版的量子通信可以说，把这三大场景发挥到极致。

绝对零时延——量子通信的传输线路时延理论为零，是最快的通信方式。

虽然在正常的生产生活中，光速已经可以满足信息传播的实时性。但是在星际探索中，信息的往返时延会增加姿态控制等命令下达的难度。而不存在时延的量子通信可以像操纵遥控飞机那样操纵飞行器在许多光年外的空间进行探索。

无限广连接——量子通信的信息传递可以不通过物理空间，因此不会受到空间环境的制约与影响。

以自动驾驶为例，基于5G场景的万物互联，仅仅实现地球上一定区域内的车与车通信，车与路边设施通信。未来量子场景下的宇宙间的万物互联，甚至可以实现地球汽车与火星汽车之间的通信（毕竟咱们人类是有移居其他星球的计划）。

无尽大带宽——带宽是承载传输大数据量的关键，量子通信的信道资源无限大。

在经典信息论中，带宽需要考虑信道资源。但对于量子通信来说，是不需要建立信道的，信道资源不再是瓶颈，甚至不再是有限的，量子信道的容量无限大，这就挣脱了原先的带宽概念。这就意味着，量子通信可以同一时间处理来自不同星球，不可计数的数据。

当然，通过这种方式实现信息传播还没有付诸实践。

毕竟爱因斯坦甚至认为量子纠缠是不能用于通讯的。因为对量子纠缠的任意一个粒子进行状态测试，马上会改变两个粒子的状态，这样无法同时得到一个确定状态，就无法真正传递信息。

其实，量子纠缠作为一种高深的理论物理，远不止小编今天介绍的这么简单，上述狂想版量子通信能不能成行，还是让我们拭目以待吧！

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编辑：春雪