並不能直接傳遞信息的量子通信,到底有什麼用呢?最基本的邏輯,其實就是無論相距多遠,測量其中的一個就能瞬間確定另外一個,邏輯上來說,我們就可以把一對相互糾纏的光子,表現出來的向上偏振和向下偏振對應轉換為「0」和「1」
而一大串的「0」和「1」組成的字符就可以表示任何信息了,這不就可以超遠距離,超光速的傳遞信息了嗎?比如說兩個相互糾纏的光子相距非常遠,但是從一邊測量偏振向上比如就代表「0」,那就知道另一邊就是偏振向下就代表「1」,也可以理解成超遠距離超光速的給另一邊發送一個「1」
➡️量子通信「糾錯」的過程
但是關鍵的問題是「量子疊加態」是完全隨機的,從根本原理上無法去決定給另一邊發送的是「0」還是「1」,如果發送「0011」代表一個信息,結果隨機顯示出來的,比如說是1010011……
那就相當於另一邊收到了一堆亂碼,不代表任何信息,我只能根據觀測到的隨機結果,然後再告訴另一邊把2,4,6,7挑出來才對。
然後另一邊一調整,清晰準確的信息便顯示出來了,但是這個糾錯的過程無論是打電話還是發郵件都還是需要傳統的信息渠道來溝通,所以整個過程還是無法超光速。
➡️量子通信無法直接傳遞信息還是離不開傳統的信息渠道,所以這是多此一舉嗎?
這樣還不如直接打電話告訴另一邊信息是什麼,量子通信不能直接傳遞信息那還有什麼用途呢,這可能就是對於量子通信本身的誤解了,
量子通信本來就不是通過量子來直接傳遞信息的,而是利用「量子態」的一些基本原理來做別的事情
比如說給信息加密理論上都無法被破解,一份非常重要的機密文件需要密碼才能打開,而這個密碼,無論是打電話還是發郵件中途都有可能被截獲,而量子通信就一定更安全。
比如向另一方傳遞一大串「1010011010011」,再打電話告訴他們把其中1,3,5,7,9之類的挑出來就是密碼,而這個電話就算被竊聽了也沒關係,因為竊聽者無法知道1,3,5,7,9對應的是什麼,而且就算本來要發送給另一邊的光子中途被攔截也沒有關係,那就說明另一邊沒有收到這一串字符。也就不會有後來的電話告知密碼了。
除非攔截者又發送了一些「假光子」給另一邊,這一邊確實發送了另一邊也確實收到了,不過也沒有關係,如果是真的那應該是和這一邊糾纏的,如果是假的就是和別人糾纏的,我們先隨機挑一些出來用貝爾不等式驗證一下就可以知道是真是假了。
➡️量子通信能不能被破解?
量子通信無法被竊聽非常安全,那就直接想辦法破解,比如二戰時期,德國設計了恩尼格瑪機,本來以為這種密碼牢不可破可還是被圖靈給破解了,這甚至直接影響了戰爭的結果。
又或者是現在相對來說非常安全的RSA加密系統,我們用到的網絡交易基本上都是用這種加密方式,但是理論上來說只要計算機的算力夠強,比如量子計算機也是可以被破解的,想要確保信息的足夠安全可能就需要完全隨機的一次性密碼,而這就用到了量子通信。
簡單來說就是我們各自收到一大串的「0」和「1」,然後先驗證有沒有被竊聽,再隨機挑選其中的一些字符用來加密,而另一方也用這種方式來解密,而且下一次就不再用了再重新發送重新驗證隨機選擇,所以量子通信從各個方面來說都是安全的,從邏輯上,理論上都無法被竊聽無法被破解。
➡️量子通信的應用的現狀
目前量子通信是可以直接實際應用的最直接的領域了,不過,現在的量子密鑰分發基本上很少用到真正的量子糾纏,只是當光子的激光通信,使用的原理是1984年做出的「BB84協議」通過變換幾個不同的角度測量光子的水平,偏振垂直偏振來實現的。
我們國家的墨子號衛星主要就是用來做量子通信實驗的,目前來說是全球相當領先的水平,雖然目前來看,量子通信能夠立刻實際應用的領域還很少,不過未來又有誰知道呢,沒準在某個現在完全意想不到的領域,將來會有非常廣闊的應用。相信我們國家也有這個實力和能力去點亮不同的科技樹,能擁有一些全球非常領先的技術。