量子传输_ 基于半导体量子点的量子计算与量子信息

什么是量子通信呢？说得简单一点，就是我们在传输信号的时候，不是固定的字节。大家知道，最简单的信号，是将文字翻译成一串由 0 和 1 组成的符号，这串符号是固定的。而量子通信，其实是发出一串量子态。

量子通信和量子传输有很大的关联。在很多科幻电影中，我们会看到量子传输。比如说早于《三体》的《星际迷航》，科克船长和他的手下走进一个房间，一束光打下来，然后他们就消失不见，最后又出现在另外一个地方。这个过程就是典型的量子传输。通过一个量子传输机，把他们瞬间传输到别的地方。

再比如科幻电影《阿凡达》。《阿凡达》里传输的就不是一个人的身体了，而是他的灵魂。利用一个棺材似的量子传输机，男主角的灵魂被传输到阿凡达的身体里，让他得以脱离自己双腿瘫痪的身体，在潘多拉星球上自由奔跑。潘多拉星球的土著后来也利用他们自己的办法，帮助男主角把灵魂永远留在了阿凡达的体内。他们用的就是潘多拉星球灵魂树。

我喜欢用比喻来解释如何传输量子态。我们还是用量子鞋来比方。在讲这个比喻之前，我们先谈一下经典拷贝，或者经典克隆。在经典物理学中，东西都是可以克隆的，比如一张报纸，无论黑白、彩色都可以复印出来；这眼镜挺好看的，在工厂里面可以「山寨」。这些都是经典克隆，但量子不可克隆。在微观世界，任何一个基本粒子在什么地方，有多大速度完全不确定。如果一个客体是不确定的，物理上证明不能克隆，那么技术上压根是不可行的。

要想把光子偏振克隆到另外一个光子上是做不到的。打个比方，经典世界左脚鞋永远是左脚，右脚永远是右脚的，量子鞋可能是左脚也可能是右脚，也可能来回变化，我就没有办法克隆，这也是量子克隆难以窃听的最根本的原因。

把一个粒子比喻成鞋，我想把一只量子鞋送到月亮上去，但量子不可克隆，怎么送？没有办法送不可克隆的东西。但是隐形态传输想了 20 多年，想出了一个非常绝妙的办法。我先找一对量子皮鞋 —— 一定是一只左一只右。我把其中一只送到月球上，我不知道左右，但是量子纠缠告诉我们一定是一只左一只右。而第三只皮鞋，是我本来想送上去的，我不送，因为我已经送了一只皮鞋，一对量子皮鞋一只留在我手里，另外一只送到月球上，现在拿第三只皮鞋不管是左右，我想送到月球上，把第三只皮鞋跟我手里其中一只比较，全是右，显然月球的是左脚，就让月球的翻过来。如果第三只皮鞋是左脚，我手里面本来有一只，假定是右，一看肯定是一左一右，这个好理解，因为第三只鞋和留在手里的配对了，而月球上的那只本来也和留在手里的鞋配对。说起来很简单，道理很深。

接下来我们谈谈大家都会误会的一件事，认为量子通信也好量子传输也好，是可以超光速的，是瞬间可以实现的。这当然不可能。首先，我重复一下量子通信的原理：我有一只量子鞋要送出去，先得准备一一对量子鞋，将其中一只送出去，而真正想要送出的那只其实一直保留在手里。把这只皮鞋跟我手里其中一只比较，得到结果后将这个结果告诉对方。这个告诉的过程还是用普通的通信方式完成，但是我们知道普通的通信方式不可能超光速。因此量子通信量子传输也是不成超光速的。

中国在量子通信方面做得还不错，这是因为，中国拥有世界上唯一一颗用于实验的量子通信卫星。

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