如何用“大白话”描述量子通信?

简介: 如果看完本文还是不明白量子通信为何物,那么你很可能是个文科生。

去年年底,保障君曾经转了一篇由中国科学技术大学上海研究院(中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心)副研究员张文卓老师撰写的文章——《阿里巴巴投资研究量子计算,有什么用?》,文章很深入地讲解了量子技术及相关的应用。不过,很多同学在文章下面留言说仍旧看不太明白,于是保障君到处搜罗,最终整理出以下的内容。


先看看潘建伟院士是如何形容“量子纠缠态”的

量子纠缠态是什么概念?比如说我到北京来,送给饶毅一个骰子,我事先做好了,他的这个骰子跟我这个骰子是纠缠态。然后我回到上海去了,我就跟他说,饶毅,你扔手中的那个骰子。他扔了好多次,把结果写下来,每次都是随机得到1到6里面的某一个点数。我就跟他说你第一次是多少,第二次是多少,我都可以猜得出来。这样的现象,我们把它叫作遥远地点之间的诡异互动。



然后,我们再来看看,其他人是怎么通俗地解释量子通信的。


《第一财经》驻硅谷记者宋下木是这么说的

假设你有两个朋友,一个在广州,一个在北京,你自己则在中间的上海。你们三个人事先说好,你会随机给这两个朋友中的一个人寄一个苹果,另一个人寄一根香蕉。

那么当你的广州朋友收到苹果时,他会瞬间知道你给你的北京朋友送的是香蕉。

在你广州朋友打开盒子看到苹果的那一个瞬间,确实是以比光速还要快的速度获得了关于你北京朋友收到了香蕉的这个信息。当然真正的量子通信要远比两个水果复杂得多,但本质完全一样。

量子通信区别于经典通信,实质上是量子的“不可破解性”。比如上个例子中的“苹果”和“香蕉”,可以看成是两个纠缠起来了的量子,一个人拿到了其中一个,就可以判断出另一个。

但如果不知道“苹果”和“香蕉”的纠缠关系,哪怕截获了整个苹果,也猜不出另一方收到的是什么水果。

知乎网友“独鱼仅一”是这么说的

假设有两枚魔法硬币包在各自的盒子里,如果用一种方法打开盒子,两枚硬币一正一反。用另一种方法打开,两枚硬币正反相同。

现在两个人带着盒子分别在两个地方。甲先打开盒子,然后打电话告诉乙自己硬币的正反。乙看一眼自己的硬币,就知道甲用哪种方法打开的硬币,信息也就传递了。这种方式下,哪怕别人窃听了电话,也没法知道信息内容,所以量子通信是一种安全的信息加密方法。

知乎网友“韩越”是这么说的

比方说,中国要发送情报给美国,于是派了一个信使乘飞机过去。这个信使从一盒扑克里随机抽取了一部分纸牌带在身上。(可以认为信使带的扑克和剩下的扑克处于纠缠态,因为只要查看一方就能知道另一方,但如果不查看扑克,扑克的状态就是随机的。)

等信使到了美国,然后联系中国说“我到了,请发信息过来吧”,于是中国一方用那盒扑克里剩下的纸牌做密钥把情报加密,发送过去。在信使查看纸牌前,谁也不知道纸的状态,但当他一打开纸牌(塌缩),他同时也就知道了中国那边纸牌的内容,也就是密钥。这样情报接收方便可以解密收到的信息,获得情报。

在这个过程中,如果有第三方进行破坏,比如在半路抢走信使的扑克牌(密钥),或者对通信进行侦听,他都无法得到情报的内容。

知乎网友“Hai Gary”是这么说的

话说B国出产一种奇特的宝石,有圆形和方形两种形状和红蓝两种颜色。这种宝石奇异之处在于,人们无法同时知道宝石的形状和颜色。宝石平时处于高速旋转状态,看不出来是方的还是圆的,但是可以看出颜色是红的或者是蓝的;当你用手紧紧抓住这个宝石,不让它旋转的时候,它的形状是确定知道是圆的还是方的了,可是这个不转动的宝石的颜色却变成了红色和蓝色不停闪动的紫色;一旦松开手,它又开始旋转,颜色却固定显示为红色和蓝色,不过不一定是你刚才抓它前的颜色。

彼时A国和B国处于敌对状态,战争一触即发。B国潜伏在A国政府高层的间谍刺探A国的国力和军力情报。然后用这种奇异的宝石向B国报告是否发起战争的信息,由于B国间谍只能派A国人送信,他也不能确定送信人是否会偷看这些宝石。

B国间谍在黑暗中摸索挑选出100颗同样形状的宝石,然后再装进一个密封的箱子里,派信使送到B国。

按预先的约定,B国收信人同样在黑暗中摸索这些宝石:全是方形表示要开战,全是圆形表示讲和,不是同一种形状的话,杀死信使。

这些密封在箱子里的宝石一旦被人看见其颜色,再去摸它们的时候会发现本来一样形状的宝石,瞬间变成随机的两种形状。这样以来,如果信使偷偷打开箱子看到了这些宝石,本来是同一种形状的宝石会以五五开的概率变成圆形和方形两种形状。

大家觉得哪一个描述最为准确直观?当然,如果看完还是不明白,那么你很可能是个文科生。


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