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发表于 2018-11-2 13:29:53 |只看该作者 |倒序浏览
终于到了“量子通信”的最后一篇。。。

量子理论实在太烧脑了。。。研究得越深入,越对普朗克、薛定谔、爱因斯坦等这些物理学家钦佩得五体投地。。。

近神的男人。。。

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不外,量子理论确实是一般人难以理解的。。。

昨天,我们解释了什么是“量子密钥分发”。。。

今天,我们来说说量子通信的另外一种方式——“量子隐形传态

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如果说,量子密钥分发只是量子力学应用于经典通信的一个小应用(加了把量子锁),那量子隐形传态就是“真正”的量子通信了。。。

解释量子隐形传态之前,我们必须先解释两个重要看法——“量子比特”和“量子纠缠


量子比特

我们目前进行信息存储和通信,使用的是经典比特

一个经典比特在特定时刻只有特定的状态,要么0,要么1,所有的盘算都凭据经典的物理学纪律进行。

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量子比特经典比特差异。

量子信息扎根于量子物理学,一个量子比特(qubit)就是0和1的叠加态。

相比于一个经典比特只有0和1两个值,一个量子比特的值有无限个。直观来看就是把0和1当成两个向量,一个量子比特可以是0和1这两个向量的所有可能的组合。

▼体现量子比特的Bloch球

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Bloch球的球面代表了一个量子比特所有可能的取值。

但是需要指出的是:一个量子比特只含有零个经典比特的信息。
因为一个经典比特是0或1,即两个向量。而一个量子比特只是一个向量(0和1的向量合成)。就好比一个经典比特,只能取0,或者只能取1,它的信息量是零个经典比特。



量子纠缠

量子力学中最神秘的就是叠加态,而“量子纠缠”正是多粒子的一种叠加态。

一对具有量子纠缠态的粒子,纵然相隔极远,当其中一个状态改变时,另一个状态也会马上发生相应改变。


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例如,纠缠态中有一种,无论两个粒子相隔多远,只要没有外界滋扰,当A粒子处于0态时,B粒子一定处于1态;反之,当A粒子处于1态时,B粒子一定处于0态。

▼是不是想到了虫洞?
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这种跨越空间的、瞬间影响双方的“量子纠缠”,曾经被爱因斯坦称为“鬼魅的超距作用”(spooky action at a distance)。爱因斯坦以此来质疑量子力学的完备性,因为这个超距作用违反了他提出的“定域性”原理,即任何空间上相互影响的速度都不能凌驾光速。这就是著名的“EPR佯谬”。

厥后,物理学家玻姆在爱因斯坦的“定域性”原理基础上,提出了“隐变量理论”来解释这种超距相互作用。

不久物理学家贝尔提出了一个不等式,可以来判定量子力学和隐变量理论谁正确。如果实验结果切合贝尔不等式,则隐变量理论胜出。如果实验结果违反了贝尔不等式,则量子力学胜出。

但是厥后一次次实验结果都违反了贝尔不等式,即都证实了量子力学是对的,而隐变量理论是错的。。。

2015年,荷兰物理学家做的最新的无漏洞贝尔不等式丈量实验,基本宣告了爱因斯坦定域性原理的死刑。



量子隐形传态

理解了量子纠缠,我们就可以理解“量子隐形传态”了。

由于量子纠缠是非局域的,即两个纠缠的粒子无论相距多远,丈量其中一个的状态一定能同时获得另一个粒子的状态,这个“信息”的获取是不受光速限制的。于是,物理学家自然想到了是否能把这种跨越空间的纠缠态用来进行信息传输。

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因此,基于量子纠缠态的量子通讯便应运而生,这种利用量子纠缠态的量子通讯就是“量子隐形传态”(quantum teleportation)。


量子隐形传态的历程(即传输协议)一般分如下几步:

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(1)制备一个纠缠粒子对。将粒子1发射到A点,粒子2发送至B点。

(2)在A点,另一个粒子3携带一个想要传输的量子比特Q。于是A点的粒子1和B点的粒子2对于粒子3一起会形成一个总的态。在A点同时丈量粒子1和粒子3,获得一个丈量结果。这个丈量会使粒子1和粒子2的纠缠态坍缩掉,但同时粒子1和和粒子3却纠缠到了一起。

(3)A点的一方利用经典信道(就是经典通讯方式,如电话或短信等)把自己的丈量结果告诉B点一方。

(4)B点的一方收到A点的丈量结果后,就知道了B点的粒子2处于哪个态。只要对粒子2稍做一个简朴的操作,它就会酿成粒子3在丈量前的状态。也就是粒子3携带的量子比特无损地从A点传输到了B点,而粒子3自己只留在A点,并没有到B点。

以上就是通过量子纠缠实现量子隐形传态的要领,即通过量子纠缠把一个量子比特无损地从一个所在传到另一个所在,这也是量子通讯目前最主要的方式。

需要注意的是,由于步骤3是经典信息传输而且不行忽略,因此它限制了整个量子隐形传态的速度,使得量子隐形传态的信息传输速度无法凌驾光速。

因为量子盘算需要直接处置惩罚量子比特,于是“量子隐形传态”这种直接传的量子比特传输将成为未来量子盘算之间的量子通信方式,未来量子隐形传态和量子盘算机终端可以组成纯粹的量子信息传输和处置惩罚系统,即量子互联网

这也将是未来量子信息时代最显著的标志。

注:上述历程描述文字直接引用了互联网文章《独家揭秘:量子通信如何做到“绝对宁静”?》
张文卓  中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心、中国科学技术大学上海研究院


量子通信的生长

好了,终于把量子通信的技术原理给说完了。。。

近年来,量子通信技术取得了长足的进展,也引发了巨大的争议。

先看看生长:

1993年,首次提出了量子通信(Quantum Teleportation)的看法。
1997年,首次实现了未知量子态的远程传输。
2012年,首次乐成实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。
2016年8月16日,世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号”乐成发射。
2017年7月13日,世界首个大型商用量子通信专网在济南测试乐成。
2017年,全球首条量子通信“京沪干线”今年将建成。

尤其这两年,量子通信生长很是快。

▼从城域到城际,从陆地到卫星
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提到量子通信,肯定不行制止会提到这小我私家:

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潘建伟 中国科学院院士

潘建伟恒久从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究,对量子通信等研究有创新性孝敬,是该领域的国际著名学者,

1992年结业于中国科学技术大学近代物理系,1995年获该校理论物理硕士学位,1999年获得奥地利维也纳大学博士学位,2005年加入九三学社,2008年入选中组部首批“千人计划”,2011年当选为中国科学院院士,2017年2月8日,获“感动中国2016年度人物”。

他有关实现量子隐形传态的研究结果入选美国《科学》杂志“年度十大科技进展”,并同伦琴发现X射线、爱因斯坦建设相对论等影响世界的重大研究结果一起被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”。

正因为他,中国量子通信研究处于世界领先的职位。他也获得了大量的荣誉,算得上是名利双收。

但是,正是因为量子理论充满了争议,量子通信一直处于科学界争议的中心。量子通信工业太过追捧,资金大量涌入,相关企业市值暴涨,市场体现得空前浮躁。潘建伟本人也一直备受争议。有人说他是骗子,骗取研究经费,有人说他沽名钓誉,争名夺利。。。

其实,小枣君觉得,这个世界真的能懂这个技术的人自己就不多。正因为不懂,所以人们要么盲目相信、押宝,要么质疑、谩骂。有些人只是眼红或嫉妒,不懂装懂,大泼脏水。大部门人其实就是随着起哄。

小枣君也不认为他一定是对的。但是,对或者差池,应该用论文和实验来证明,而非谩骂和诽谤。纵然是牛顿,或者爱因斯坦,也犯过错。

量子理论如果是错的,那也许会带来认知的更大突破。如果是对的,那就意味着盘算技术和通信技术的全新革命。不管怎么样,都是好事。

让时间来证明一切吧。





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谢谢通信圈的朋友们关注我的民众号——鲜枣课堂。

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2011-2-14
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发表于 2018-11-2 14:04:20 |只看该作者
你说的这些我早就懂了啊  

点评

xzclass  给没明白同学留条生路吧  详情 回复 发表于 2018-11-2 15:07

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2018-7-19
3#
发表于 2018-11-2 15:07:58 |只看该作者
cheers2011 发表于 2018-11-2 14:04
你说的这些我早就懂了啊

给没明白同学留条生路吧
谢谢通信圈的朋友们关注我的民众号——鲜枣课堂。

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  三级军士长

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2011-2-14
4#
发表于 2018-11-5 08:35:30 |只看该作者
所谓量子通信 不能称之为通信 只能算是加密算法 而且这种加密到底可靠不行靠还没有经过验证,究竟用的不是已经很成熟的技术,墨子这个项目骗补助的嫌疑很大。

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2003-10-26
5#
发表于 2018-12-4 14:18:53 |只看该作者
讲了半天,就是为了吹下潘?那个量子通信卫星是量子通信吗?不外是为了分发密钥而已。跟个基因编辑一样,吹过了头。。。

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2018-11-23
6#
发表于 2018-12-14 09:32:02 |只看该作者
不明觉厉啊
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