超越時空的量子通信

地球是人類的搖籃。盡管生活在各大洲的人們，長年為重巒疊嶂和浩澣的大洋所分隔，天各一方，但自從有了以光速傳播的通信手段之后，信息的交流便變得輕而易舉了。

不過，走出地球，卻是一個廣袤無際的宇宙空間。到那里去探索，去尋找地球的知音，以及到其他星球上去定居，一直是牽動人類思緒的美好夢想。在宇宙空間，各天體之間的距離是以光年來計量的。如果我們的宇宙飛船到達距地球只有1光年的某個星球，利用現有的通信手段，那它與我們之間的通信也會有兩年的時延。何況，宇宙空間離地球幾千、幾萬光年的天體比比皆是。與它們之間若以光速進行通信，那真是等白了頭也難覓回音。

所幸的是，一種被稱為量子通信的新的通信方式也初露端倪。它是一種不受通信雙方空間距離限制、不存在任何傳輸時延的真正意義上的實時通信，因此，它可望承擔起未來宇宙通信的使命。那么，什么是量子通信呢?

簡單地說，量子通信就是根據量子力學關于相互耦合的微觀粒子(如電子、光子等)之間存在的超光速關聯來實現信息的傳遞。量子力學指出，如果我們對相互耦合的一對粒子中的一個粒子進行測量，另一個粒子將會瞬時“感應”到這種影響，并發生相應的變化，而不管這兩個粒子間相隔有多遠。上述這種微觀粒子間的超光速關聯和影響叫做“纏結”，它是一種具有交互作用的粒子之間通過“感應”而建立的神奇連接。這種連接是實現超光速通信的主要依據。量子通信的優點很多，首先便是它的零時延。正是由于這個特性，它可望應用于未來的星際通信；其次是它可以不通過雙方之間的空間進行，這就避免了環境對通信的干擾；第三，是保密性強。因為信息載體可以只保存在收發信息的雙方，使與此項通信無關的第三者無法干擾和竊聽。此外，它還是一種環保型通信，不會產生電磁污染。

量子通信系統由量子態發生器、量子通道和量子測量裝置組成。按其所傳送的信息是經典還是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態和量子糾纏的分發。隱形傳態是一種脫離實物的信息傳送，它的過程是光提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點，接收者再根據這些信息選取與構成原物相同的基本單元，制造出原物完美的復制品。但是，量子力學的不確定性原理不允許精確地提取原物的全部信息，這個復制品不可能是完美的。因此“隱形傳送”不過是一種幻想而已。

1993年，6位來自不同國家的科學家，提出了利用經典力學與量子力學相結合的方法來實現量子隱形傳態的方案：將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態上，而原來的粒子仍留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分，它們分別經由經典通道和量子測量而獲得，量子信息是發送者在測量中未提取的其余信息；接收者在獲得這兩種信息后，就可以制備出原物量子態的完全復制品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態，而不是原物本身。發送者甚至可以對這個量子態一無所知，而接收者是將別的粒子處于原物的量子態上。在這個方案中，糾纏態的非定域性起著重要的作用。量子糾纏指的是兩個或多個量子系統之間的非定域非經典的關聯。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。

量子通信的最終實現，需要將量子技術、生物技術和通信技術緊密地結合起來。另外，通過對人腦意識過程的深入研究，還有可能使量子通信的速率大大提高。以至有一天，可以將生物芯片植入人的大腦，實現人腦間的超光速通信。