量子纠缠为什么不能直接用来超光速通信?(如《三体》中的智子那样)

求教懂量子物理的人,我只对量子纠缠有点连皮毛都不算的了解,知道进入纠缠态的量子,相隔再远,一个的状态也会立刻随着另一个的变化而改变。我还“知道”,这种量子纠缠不能实现超光速通信,但是不知道为什么。

网上查到的一种解释是“由于测量导致的波函数塌缩(及导致的纠缠的破坏)本身的性质”
以及量子纠缠的维基百科中留下了一个空的目录“常见误解:超光速通讯?”

摘抄一段解释如下“首先,你可以制造一个纠缠态,(足够长的时间后)让它可以在足够远的空间点之上产生关联,但是一旦测量破坏了这个态(标准量子力学里这个态的破坏(塌缩)是瞬时传遍全空间的,我们一般说的利用量子纠缠的超光速就是指这一步),你就不能重新(超光速的)在这两点之间建立新的纠缠态。
我们要从量子态提取信息,就必须测量,一旦测量,纠缠态就会破坏,因此你如果要保持纠缠态,就不能对它进行测量。假设有一个纠缠态存在,在A进行测量,波函数塌缩了,这时B处的状态的确发生了变化,但由于它本身并不处在一个测量行为中(否则波函数之前就塌缩了),因此在B处不可能实时得知这个变化,只有通过打电话之类的经典行为,A处的人至少得告诉B处的人已经做过测量了,B处的人再来进行测量,才有可能能得知A处传过来的信息具体是什么。
所以量子通信真正的优势不是超光速,而是其保密性。理论上信息传递过程中是绝对安全的,敌人最多可以破坏通信,但是绝对无法截获通信内容。”

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人类从来不会因为需求才进行研究; 军事上对于超高速的通讯需求绝对非常迫切,如果可以实现的话。 记得量子态只能观测(还只能观测一次,因为观测了就坍塌了),而不能干涉。

好比,我和我朋友,各在天边,但手里个持一个量子硬币,他们一定一正一反。我可以通过我手里的硬币,知道对方的硬币状态。但我不能通过改变手里的硬币,从而改变我朋友手里的硬币(改是可以,但结果是随机的。就像三体所说的打台球,被击打的台球是任意方向飞出去,只服从概率,不服从物理规律)。

现在的量子通讯好像是另外一回事,好比是被发现了一个规律,同时打两个台球,两个台球的方向虽然是任意的,但是这两个台球的夹角中心正是击球的方向。那么建立两条链路,其中一条是普通链路,用于告知对方另外一个球的方向。这样,真正的接收方可以通过量子态的台球方向和穿过来的另一个台球方向,得到有用信息(击球的角度)。而窃听方无法得到量子态,所以无法窃听。

有点罗嗦了,还是回到硬币。我和朋友各有一个魔法硬币(A和A'),他们永远保持一个正,另一个是反的特性。我想控制硬币的正反面,传递消息给我的朋友;但做不到,我不管怎么小心的把硬币放桌子上,硬币坚持它的随机性,不确定的出现正面和反面。朋友自然没办法知道我传递给他的信息。

后来我又找到一枚魔法硬币(B),这枚硬币有新的特性。就是我朝上一起扔它们(A和B),它们一定相同面;朝下扔它们,它们一定不同面。这样,我通过打电话告诉我的朋友,每次扔硬币以后,硬币B的状态。我朋友就知道我每次是怎么扔的硬币。虽然通讯速度还是打电话的速度,但是绝对保密。



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薛定谔的小猫理论物理本科 家用机游戏达人

2012-06-20 21:35

现在有人搞量子通信
而且搞理论的好像很多都在玩这个。。

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明白了验证“量子纠缠”现象的“阿斯派克特实验"机理,就明白能否直接用来超光速通信了——偏振角度不是信息携带吗?


也许有人认为证实"量子纠缠"的实验只是类似从一副完备的54张扑克牌所构造的复合系统中,随机抽出A、B两张牌事先不开,一旦揭开A底牌"看到"是大鬼,就知道B不是大鬼这种"知道"层次,而非"存在"层次的游戏。"不知道"不等于"不存在", 所改变的仅仅在于从"不知道"到"知道"这一过程而已, 不具有传递有效信息的意义.

试着了解一些阿斯派克特的实验机制——物理学家没有想象般幼稚。

阿斯派克特实验:阿斯派克特的最大贡献是在第三个实验中,采取了延迟决定偏光镜方向的方法。用实验验证贝尔不等式,其根本目的之一就是要验证量子力学到底是定域的,还是非定域的?非定域性的意思是说,如果测量纠缠光子对中一个光子的偏振,将会影响到它的孪生兄弟--另一个光子的偏振方向。这种影响的发生,不允许两个光子之间的任何沟通。换句话说,贝尔不等式体现了定域条件对两个光子的关联协作程度的限制。或者说,对他们的逻辑能力的限制。

重要的是,这两个双胞胎不能暗地里互通消息,也不能有出题目的人参与其中共同作弊。否则的话,上面的结论就不能成立了,他们之间被测量出来的关联程度会大大增加,给人以他们能瞬时间传递心灵感应的假象。在实验中也得做到这一点:要保证两个纠缠光子间没有交换信号的可能性。

阿斯派克特在第三个实验中,采取延迟决定偏光镜方向的方法,就是为了保证这点。或者说,他在克劳瑟等人实验的基础上,再多加了一道闸门,排除了纠缠光子间交换信号的可能性。

这建议是来自于约翰·贝尔。他说,如果你预先就将实验安排好了,两个偏振片的角度调好了等在那儿,然后,你从容不迫慢吞吞地开始实验:用激光器激发出纠缠光子对,飞向两边早就设定了方向的检偏镜,两个光子分别在两边被检测到……。在这整个过程中,光子不是完全有足够的时间互通消息吗?即使我们不知道它们是采取何种方法传递消息的,但总存在作弊的可能性吧。

要如何才能断绝两个双胞胎考试作弊的可能性呢?起码,我们能想出的办法就是‘延迟’出题的时间,最好是等两个双胞胎已经分别坐到了两地的考场上,你再将即时随机而出的两套题目分给两个考官。这样一来,双胞胎就没法互通消息了,即使是最快的电话、电邮也都来不及了。

阿斯派克特在实验中采取的也是这种类似方法,他不预先设定两个检偏镜的角度,而是将这个决定延迟到两个光子已经从纠缠源飞出,快要最后到达检偏镜的那一刻。当然,阿斯派克特的这种想法还得有实验室中的可行性。他的两个检偏镜距离纠缠源分别大约6.5米左右。因此,当两个光子快到检偏镜的那一刻,它们之间的距离大约是13米。最快的信息传递速度是光速,光也需要40ns(ns是纳秒=10万万分之一秒)的时间来走完13米的路程
。因此,阿斯派克特发明出了一种基于声光效应的设备,能使得检偏镜在每10ns的时间内旋转一次。这样,两个纠缠光子就不可能有足够的时间来互相通知对方了。

——即两个光子在飞行途中,检偏镜角度就以转动了N次,直到其中之一光子达到检偏镜,干涉了它的偏振方向,瞬间另一纠缠态光子也”鬼魅般“知道了这一信息,并同时改变偏振方向,最后回到监控装置测量两光子偏振物理量。

换言之,如果不是量子纠缠态可携带信息,那么它们来不及互相了解情况并告知对方:我碰到的检偏镜是某某方向的,因此,你也做好准备将偏振调节到某某方向……,它们即使想作弊也来不及了!阿斯派克特的第三个实验原理如下图所示



实验证实量子纠缠存在,贝尔不等式不成立。这种态的类似“心灵感应”的但科学角度机理未知的通信现象存在,如此量子纠缠态系统内的纠缠量子就可携带信息,现代应用正尝试进行量子通信、量子态隐形传输。

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不太理解啊...如果有三个量子,这三个量子,按先后顺序改变状态 ;在远处的对应量子是否也能按这个时间选后改变状态呢?

如果能的话,我们用多个量子,只要识别他们的状态改变顺序不就可以成为有意义的信号了吗

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反正超光速的通讯和航行的问题肯定要解决,否则人类以后的宇宙殖民会特别麻烦。当然这个问题也可能被物理法则锁死了,永远不可能做到,如果是那样的话。。。。。。


反正光速实在是太慢了,以前看过一张真实比例的太阳系地图,我看了四十分钟,鼠标滚轮的速度都超过光速了。


要是和银河系或者可观测宇宙比起来,那就更是慢得和蜗牛一样了——不是,是慢到和没动一样了。

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即使存在量子纠缠,也没有办法进行超光速通信。

假设AB约定A左旋是1,右旋是0;B左旋是0,右旋是1。B的探测器调在右旋位置。再假设有一对纠缠的光子“甲”和“乙"分别已经到达了A和B。

A想将“1”这个信息传给B。这时候A将探测器调成左旋,如果运气好,A测到了光子甲,那么乙一定是右旋,B测到乙,这个时候B能说A的信号是"1"吗?

如果A的运气不好,没有测到甲,根据时间计算,甲应该到A的探测器了,就是说甲是右旋的,乙是左旋的,B因为预设成右旋,所以没有探测到了乙。B能说什么?

如果有10对纠缠的光子,A将1连续发了10遍,因为分别到达A和B的纠缠光子对是随机的,B处于右旋位置的探测器收到的信号序列是”有“”有“”没有“”没有“”有“”没有“”没有“”没有“”有“”有“,那么B判断A发的信号是什么?

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一般实现包含量子通信的一个完整通信需要经典通信的帮助,所以整体信息的传输并没有超光速。想摆脱经典通信的协助应该是比较困难的。

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Discover解釋量子糾纏時舉了個例子,把一副手套放到箱子里,你隨機拿出一個。把另外一個扔出銀河系。然後你打開你盒子發現是右手的瞬間,你就知道銀河系外面的一定是左手。超時空,可是,能通訊嗎?在“分開”的時候就確定了左右手了。

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索拉动漫控 二维设计师

2012-09-13 17:23

“就是我朝上一起扔它们(A和B),它们一定相同面;朝下扔它们,它们一定不同面。这样,我通过打电话告诉我的朋友,每次扔硬币以后,硬币B的状态。我朋友就知道我每次是怎么扔的硬币。虽然通讯速度还是打电话的速度,但是绝对保密。”

这也不能说是绝对保密啊!!只要知道之前的约定 再截获电话的信息就清楚啦!!

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- -~量子纠缠只是提供一个无法被破解的密钥而已,这个过程没有携带信息传输的...

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当然可以用来通讯。只要我们准备许多个这样的有纠缠关系的量子,破坏纠缠关系的同时能够获取信息,然后等需要再次获得信息时再用第二对量子嘛。就好像一次性手套,用完一双换一双啊。

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现在人类的活动范围对于超光速通信没需求.......光速在地球上基本就是一瞬间的事情.说远一点,到月球上的通信延迟也在可接受的范围内.如果用在无人探索飞船上,那么量子纠缠产生的信息量不足以给飞船发动任何指令.总的来说,就是在轮子发明以前,人们是不会去研究汽车的.虽然他们在理论上知道有个什么东西跑得比双腿要快.

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武昌鱼物理专业本科

2012-06-18 20:12

目前人类对才超光速通讯的需求只有美国几个逃逸出太阳系的卫星,旅行者1号的信号到达地球要16个半小时,来回通讯一次需要33小时。这个时间偏长了。但是截止至今天,量子纠缠的实验都是在地球上面做的,中国准备发射个卫星到近地轨道做量子纠缠实验,乐观估计的话,再过个20年,美国发射下一颗逃逸出太阳系的卫星,应该就可以应用量子纠缠通讯了吧。

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