2020年6月15日,《自然》雜誌發表了我國科研團隊,用「墨子號」量子科學實驗衛星,成功實現千公裡級別的,糾纏態量子密鑰分發的相關研究成果。
該項成果,意味著量子糾纏加密通信,這一「絕對無法被竊聽」的技術,又被我國「修煉」的更加精進了。
那麼
量子糾纏,是怎樣確保己方信息絕對安全的?
又是怎樣讓己方信息,在被竊聽的瞬間,自動作出反應的?
為什麼說,量子糾纏加密過後的信息,從本質上就無法破解?
1935年,愛因斯坦,波多爾斯基,羅森,三位物理學家發表了後來被稱為,EPR實驗的論文,在該論文中,愛因斯坦根據量子力學的,疊加率和守恆率,認為如果把兩個電子看成一個系統,那麼這兩個電子不論距離多遠,就都還得滿足守恆律。
也就是說,哪怕這兩個電子相隔千萬光年,他們之間的狀態仍然會實時傳遞,要坍塌就一起坍塌。
且整個過程是無視光速的,而在當時以及今天的物理學界,真空光速,都是物質和信息傳遞速度的上限。
愛因斯坦在論文中指出的,這種鬼魅般的超距作用,被薛丁格看到之後,後者將這種理論現象,命名量子糾纏。
量子糾纏這種「瞬時」的特性,讓它成為後來很多科幻作品中的常客,比如《三體》中的智子,就是利用量子糾纏,實現4.22光年外的比鄰星,和地球的實時通信的。
但事實上,量子糾纏的「反應速度」雖然千萬億倍於光速,但處於糾纏態的量子之間,是不可能傳遞信息的,因為「糾纏」是一種特性,而不是一種可以被用來傳輸信息的規律。
今天的人類對量子糾纏的唯一應用,就是將它作為「最頂級的加密手段」
畢竟從最初的凱撒密碼,到後來的恩尼格瑪,加密技術都直接影響信息安全,而信息安全又影響著,人類之間一切競爭行為的勝負。
量子糾纏加密,就是將原來基於數學的加密密鑰,替換為基於量子力學的「量子糾纏密鑰」,這樣一來信息的發送端和接收端,將共享同一個「穩定」的量子態,如果在信息的傳送過程中出現竊聽者,那麼發送端和接收端的量子態,就將同時坍塌。
如此一來,信息的兩端就都知道了竊聽者的存在,並且量子狀態崩潰之後,竊聽者也無法再繼續獲取數據信息。
需要再次重申的是,在以上的整個過程中,量子糾纏僅僅是作為密鑰存在的,它是一種加密手段,而不是承載信息的載體。
真正用來傳遞信息的,仍然是人類早已使用了數個世紀的無線電波。
量子糾纏加密的成功,歸根結底,還是因為量子態的坍塌,畢竟在現有的理論體系中,量子態就是最敏感的狀態,只要存在觀察者,量子態就能馬上做出反應。
在堪稱《三體》前傳的《球狀閃電》結尾,人類曾在廢棄的地下礦井中,進行過「沒有人類觀察者」的量子力學實驗,但量子態依舊坍塌了,書中給出的結果是「存在非人類的觀察者」,而不少科幻迷都認為,這個「非人類觀察者」,就是三體文明派來的智子。
總體而言
量子力學作為目前微觀世界的扛把子理論,在科學和科幻上都有很大的「戲份」,而且今天的各類晶片,本質上也都是以量子力學理論為基礎的,就像人造衛星以相對論為基礎一樣。
在可以預見的未來,量子力學的蓬勃發展,以及關於它的各項應用,必將再次改變人類世界,就像曾經的世界,被計算機和晶片技術改變一樣。