中国量子卫星实现超光速通信？量子纠缠不允许

中国在最近发射了一枚卫星用于测试量子纠缠。这是一项有趣的实验，这将有望实现“防黑客”的卫星通信。

，这也导致了一系列的文章声称量子纠缠能允许超光速的通信。虽然有多个科学博客已经指出为什么这是错误的，这值得强调量子纠缠不允许速度超过光速的通信。

这种误解是源于量子理论的通俗化推广方式。量子客体可以是粒子和波，即具有波粒二象性。它们有一个波函数能描述特定结果的概率，而当测量这个量子客体时，它就会坍缩进入一个特殊的粒子状态。

不幸的是，这种量子理论的哥本哈根解释掩盖了大部分的微妙量子行为，所以当它应用于纠缠时，就会看似有点矛盾。

最受欢迎的量子纠缠例子被称为爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（Einstein-Podolsky-Rosen，EPR）的实验。

取一个两个物体的系统，比如两个光子，这样它们的和有一个特定的已知结果。通常，这表现为它们的极化或自旋，这样总和必须为零。如果一个光子测得是处于1的状态，那另一个光子必定处于-1的状态。由于一个光子的结果影响另一个光子的结果，就说这两个光子是量子纠缠的。

在哥本哈根的观点看来，如果两个纠缠光子被分隔在相距很远的地方（原则上，甚至是相距光年以上），当测量一个光子的状态时，就能立即知道另一个光子的状态。为了让两个粒子的波函数瞬间坍缩，那两个光子之间的交流就必须超光速，对吗？

一种很流行的反观点认为虽然波函数坍缩速度超过光速，但这不能用于发送超光速的消息，因为结果是统计学上的。

如果我们相隔数光年，我们双方都知道对方的纠缠光子对的结果，每一对纠缠光子的结果是随机的（由于量子不确定性)，所以我们就不能迫使光子有一个特定的结果。

现实是更微妙，并且要更有趣的多。虽然量子系统往往被视为很脆弱的东西，只要最轻微的相互作用就会使它们坍缩到一个特定状态，但事实并非如此。

纠缠系统实际上可以用各种各样的方法来操纵，甚至可以操纵它们拥有一个特定的结果。例如，我们能以不同的特定量子态创造出纠缠光子对。一个状态可以代表1，另一个则是0。

在遥远一端的人需要做的是确定一对特定的光子是处于哪种量子态，但要做到这一点，那边的人将需要获得大量的量子态的副本，然后测量这些副本以通过统计学来确定原始状态，而事实证明，在不知道量子系统的状态时，是无法复制一个量子系统的。这被称为量子不可克隆定理，它意味着纠缠系统不能以超光速传递信息。

让我们回到中国刚刚开展的实验。

量子不可克隆定理也意味着一个纠缠系统可以用来发送加密消息。虽然纠缠光子不能传递信息，但它们的随机结果具有相关性，所以A和B可以使用一系列纠缠光子来生成一种可以用于加密的随机字符串。因为AB双方都知道对方的结果，所以他们都知道这个相同的随机字符串。

为了破解这种加密，需要复制一份纠缠状态，但这是不可能的，破解量子通信是非常困难的。有部分复制量子态的方法，这会提高破解加密的机率，但一种完美的复制是不可能的。

，量子纠缠无法让我们进行超光速通信，但这能让我们更容易对秘密进行加密。