通過《三體》中的智子,我們聊一下什麼是量子通信

2020-12-03 普辯

」我對三體世界說話「,每次小說讀到這裡,即便知道以後發生的故事,沉浸在小說劇情中的自己整個人跟著也沸騰了,因為這是地球人對三體世界蔑視地球兩個世紀的發洩和控訴,這是不是人類僅有的一次霸氣呢?那這樣霸氣的對話是怎麼實現的呢?

看到這,很多朋友可能已經猜到了,今天我們要說的是羅輯與三體世界對話的工具,智子!作為三體在地球上的全權代表,智子可以輕易地鎖死人類文明,可以製造出被人類科技所無法理解的神跡現象,還可以監聽地球上每時每刻發生的事情和對話,最後智子化身智慧機器人,代表三體世界統治了一段時間的地球。在幾個光年的尺度之下,三體是怎樣實現信息遠距離的實時傳輸的呢?

在《三體》這部小說中,智子背後的科學背書是量子糾纏,當然,喜歡三體的小夥伴們都知道,這是科學藝術化的加工,今天我們就來討論一下,超光速通信這個話題。

在愛因斯坦的神作《相對論》中,宇宙的極限速度是光速,那為什麼量子糾纏可以實現超光速呢?大體可以這樣理解,我會往簡單裡說,因為說的深了我也不會,說得越深,公式越多,那就沒有什麼閱讀體驗可言了。

宇宙中超光速的現象可能很多,比如我們熟知的量子糾纏,而在相對論中,光速作為宇宙的極限速度是說的實物粒子的極限速度,比如說光子等。實物粒子越接近光速,其自身的質量越大,繼續加速所消耗的能量就越多,所以將實物粒子加速到光速是極其困難的,可以理解為只能無限接近,但永遠不可能達到。同時這個被加速到接近光速的粒子會擁有極高的能量,這就是神級文明為什麼用一個粒子就可以摧毀三體的整個母星。

而光子之所以能以光速運動是因為其質量為零。而量子糾纏為什麼能夠實現超光速,並且可以達到光速的兩到三個數量級呢?那是因為量子糾纏的過程中沒有實物粒子的傳送過程,比如像無線電波或是光波之類的,所以量子糾纏效應不可能實現信息的傳輸,因為信息的傳輸必然會伴隨著實物粒子的傳輸,所以更不用說用量子糾纏來實現超光速的實時通訊了。

有的朋友會問,那就奇怪了,我國的墨子通訊衛星是怎麼實現的呢?我也只能簡單說,深了還是得去問潘建偉博士了。量子通訊衛星並沒有實現真正意義上的超光速信息傳輸,信息還是常規傳輸,只是利用量子糾纏效應實現量子密鑰分發從而保證了通信安全。在量子密鑰分發機制裡,給定兩個處於量子糾纏的粒子,假設通信雙方各自接收到其中一個粒子,由於測量其中任意一個粒子都會使得糾纏的粒子波函數坍縮,通俗說就是破壞兩個糾纏粒子的狀態,從而使原信息無法被解讀。並且任何竊聽動作都會被通信雙方偵測發覺。因為任何竊聽者都無法在不改變甚至破壞光子的情況下看到其中的信息。實現了原理上信息的不可破解性。

好了,今天關於智子的討論我們說這些,關於量子通信方面的知識解讀可能會有許多不足和漏洞,希望理解更深刻的朋友在評論區留言討論。

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