量子纠缠时表现出的特点是,假如一个纠缠状态中的粒子被观测这么一定会造成这些纠缠态的崩塌,而量子的倒塌后的状态具有对称性的,而量子通讯的安全正是借助这个特点来实现的。
在量子通讯中,先事先建立一对具有纠缠态的光子,将两个光子分别置于通讯双方,将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合检测。当粒子顿时发生崩塌后,可将联合检测的信息通过精典信道传送给接收方,接收方按照接收到的信息对倒塌的粒子进行幺正变换(相当于逆转变换),即可得到与发送方完全相同的未知量子态。
而同时,每一对纠缠状态的粒子的“量子通道”是不一样的,所以根本不存在半路上信息被拦截或则被窃取的这样的风险。这就是量子通讯的安全原理。
量子纠缠在目前被用于“量子通讯加密技术上”:借助量子相干叠加原理所形成的量子保密通讯的一种技术。
中科大潘建伟研究组在2013年首次实现检测设备无关的量子密钥分发,彻底解决针对侦测系统的黑客功击。
开发适用性量子密钥分发的三大目标:降低安全通讯距离、提高安全成分辨率,提升显示系统安全性。另,量子密钥分发可为分隔两地用户提供无条件安全的共享密钥。
2014年潘建伟研究组将安全通讯距离拓展至200公里,2016年,成功将检测设备无源的量子密钥分发到404公里超低耗损光纤和311公里普通光纤距离。
但这并不是量子通讯的真正意义上的量子通讯,并且这些技术也是属于量子通讯技术范围内的一种。
其次,借助量子的不可克隆性质生成量子密码。他是二补码方式的,可以给精典的二补码信息加密,这些通讯方法称为“量子秘钥分发”。
借助“量子不可克隆定律,量子不可分割”特性,在遥远两地的用户,可共享无条件安全的秘钥,借助该秘钥对信息进行一次一密的严格加密,保证通讯安全。
这也是目前已知惟一的不可监听、不可破译的分发形式。
我国潘建伟院士所率领的团队研究和发明的全球首颗量子通讯实验卫星“墨子号”在国际上率先实现了千公里级星地单向量子纠缠分发,率先实现了千公里级星地高速量子秘钥分发,并通过卫星中转实现广域量子保密通讯。
没错,只有才能传递信息,"超光速"能够为通讯发挥真正的意义。量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术,与超光速无关。
虽然晓得这种粒子之间"交流"的速率是光速的几千倍,但我们却未能借助这些联系以这么快的速率控制和传递信息。虽然中国在国际取得重大突破的“量子通讯”也是用在信息保密上,难以达到光子的遁地。
因而爱因斯坦提出的规则,也即任何信息传递的速率都未能超过光速,一直创立。干涉量子纠缠的时侯,量子纠缠态会立刻清除,所以未能借助这些能力发送讯号。
爱因斯坦曾提出,任何信息传递的速率都未能超过光速,实际上是这样吗?与量子纠缠相比呢?
量子纠缠(),是一种量子热学现象。
量子纠缠由1935年由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的一种波。它们是两个子系统的整体,假如用X1,X2分别代表了两个粒子的座标,量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中互相影响的现象,尽管粒子在空间上可能分开。
量子纠缠说明在两个或两个以上的稳定粒子间,会有强的量子关联。量子传递不受距离的限制,尽管X1、X2两个粒子分隔在半径达1000万光年的银河系两端,一个粒子的变化仍会顿时影响另外一个粒子。
爱因斯坦将量子纠缠称为"鬼魅似的远距作用(神鬼级的远距离互相操作作用)
量子纠缠的作用速率比光速还快。量子纠缠的作用速率被觉得起码比光速快10,000倍。检测的效应具有瞬时性质。
量子热学的提出
1952年,玻姆在《物理学评论》提出了量子热学的隐变量解释。玻姆觉得,在量子世界中粒子依然是顺着一条精确的连续轨迹运动的,只是这条轨迹除了由一般的力来决定,但是还遭到一种更微妙的量子势的影响。量子势由波函数形成,它通过提供关于整个环境的能动信息来引导粒子运动,正是它的存在引起了微观粒子不同于宏观物体的奇特的运动表现。
而爱因斯坦却觉得这些能左右量子运动的环境并不存在。
按照量子热学的“不确定性原理”,处于纠缠态的两个粒子,在被“观测”之前,其状态是“不确定”的,假如对其中的一个粒子进行观测,在确定了这个粒子状态的同时,另外的一个粒子的状态顿时也会被确定)。这些鬼魅通常的“传递”作用不但有违常理,也“违背”了爱因斯坦的相对论,但这偏偏又是无可争辩的事实。爱因斯坦据此觉得量子热学一直存在缺陷,是不完备的。
波尔觉得量子纠缠之现象并不违反相对论,在量子热学的层面上,在检测粒子前,你不能定义它们,实际上它们仍是一个整体。不过在检测它们然后,它们都会脱离量子纠缠的状态。
朴实的解释可理解成:量子热学应当是承载信息的状态。一大一小的香蕉被装到两个袋子里头量子纠缠通讯,分别送到银河系里的两个星球上,当未打开箱寅时,并不晓得各自星球的袋子上,装的是哪些香蕉。而当其中一个袋子安阳了以后,该香蕉得到确认了,另一个袋子哪怕遥远在外星球,它的状态也会得到公示。
我国明朝的思想家王阳明有句谚语:“你未看此花时,此花与汝同寂,你来看此花时,此花颜色一时明白上去。”这句话常年被当作唯物主义言论而被批判,如今看来,这简直就是量子热学解释的翻版。
关于量子热学之研究
1993年,加拿大科学家C.H.提出了量子通讯的概念。量子通讯是由量子态携带信息的通讯方法,它借助光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通讯过程。
1997年在荷兰留学的中国青年学者潘建伟与英国学者丹巴斯特等人合作,首次实现了未知量子态的远程传输。
这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是抒发量子信息的“状态”,作为信息载体的光子本身并不被传输。
多光子纠缠态的制备和操控仍然是量子信息领域的研究重点。世界上普遍借助晶体中的非线性过程来形成多光子纠缠态,其难度会随着光子数量的降低而指数减小。
2000年,新加坡国家标准局在离子阱系统上实现了四离子的纠缠态。
2004年,西安微尺度物质科学国家实验室量子化学与量子信息研究部的研究人员,在国际上首次成功实现五光子纠缠的操纵。
2005年末,这一记录再度被打破。日本国家标准局和英国因斯布鲁克小组分别宣布和八个离子的纠缠态。
2009年9月,潘建伟的科研团队在3节点支链光量子电话网的基础上,建成了世界上首个全通型量子通讯网路,首次实现了实时语音量子保密通讯。这一成果在同类产品中高踞国际先进水平,标志着中国在城域量子网路关键技术方面早已达到了产业化要求。
中国科学技术学院院长潘建伟、彭承志、陈宇翱等人,与中科院武汉技术化学研究所王建宇、光电技术研究所黄永梅等组成联合团队,于2011年10月在甘肃湖首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐型传态和纠缠分发。
2011年11月22日,中科院量子信息重点实验室李传锋、黄运锋研究组在郭光灿教授的领导下,成功制备出八光子纠缠态--GHZ态,通过纠缠态完成了八端口量子通讯复杂性实验展示量子通讯抗干扰能力强、传播速率快的优越性。该研究工作见于《自然·通讯》上。
根据构建在“不确定性原理”基础上的“量子纠缠”,科学家们提出了“量子通讯”的构想,根据不确定性的原理,这些传输信息的方法从根本上防止了被破译的可能,即便信息被截取,其“不确定性”使得破译者根本无从下手。
在贝内特提出量子通讯概念之后,6位来自不同国家的科学家,基于量子纠缠理论,提出了借助精典与量子相结合的方式实现量子隐型传送的方案,将要某个粒子的未知量子态传送到另一个地方,把另一个粒子制备到该量子态上,而原先的粒子仍留在原处,这就是量子通讯最初的基本方案。
2017年6月15日,《科学》杂志以封面论文方式,报导了中国"墨子号"量子卫星首次实现上千公里量子纠缠的消息,相较于此前144公里的最高量子传输距离纪录量子纠缠通讯,此次跨越意味着绝对安全的量子通讯离实用又近了一步。
在高耗损的地面成功传输100公里,意味着在低耗损的太空传输距离将可以达到1000公里以上,基本上解决了量子通信卫星的远距离信息传输问题。以量子通信卫星核心技术的突破,也表明未来建立全球量子通讯网路具备技术可行性。