邱元阳

今年8月，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在我国成功发射，标志着量子保密通信技术已经从实验室走向实际应用。

然而，新闻报道透露的少量信息，还不足以使人们了解量子通信，并且质疑的惯性也使人们对这一技术的实际状态产生了怀疑。

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本个体，因此可以说所有物质都是由量子组成的。量子具有非常奇妙的特性：量子叠加和量子纠缠。量子叠加原理使得量子的测量会被感知，是量子保密通信的基本逻辑。光量子通信主要基于量子纠缠理论，使用量子隐形传态的方式实现信息传递，这是实现量子高速通信的基本逻辑。

一个量子可以有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，但是对量子的测量又会改变被测量量子的状态。利用量子叠加原理，就可以实现量子密钥分发，一旦有人试图截获或测试量子密钥，就会改变量子状态，发送方可以销毁密钥重新分发。量子不可克隆和不可分割的特性也保证了量子密钥无法复制，实现了量子保密通信。

这种通信真的是无条件的绝对安全吗？目前还没有绝对安全的通信，不管多么保密的技术，最后都可能在人的身上功亏一篑，这是永远的安全悖论。

两个量子的相互作用，还可以产生一种纠缠态，处于纠缠态的一对量子，不管距离多么遥远，只要其中一个量子的状态发生变化，另一个量子也会发生相应的状态变化，这就是量子纠缠。根据这个原理，只要观测到一个量子的状态，那么就能得到另一个远距离量子的状态。也就是说，由这种状态变化就能实现瞬间通信，这就是量子的隐形传态。

量子隐形传态将粒子的未知量子态精确传送到遥远地点而不用传送粒子本身，因此在量子通信的宣传中，得到这样一个结论：量子通信的速度可以超越光速。

量子理论中，光的速度是极限速度，无法突破。但是量子纠缠理论在实验室状态下是经过验证的，难道真的可以突破光速吗？这只有在更远的距离下才能验证。当距离和速度接近于光速的量级时，能够确保没有各种抑制作用的产生吗？别忘了经典力学中的速度叠加在高速时就已经不再成立，量子级别的状态我们还远没有探索完成。如果我们制作一个远距离的理想刚性框架，在其中一端转动时，另一端也会瞬间改变状态，理论上，这种信息传输速度也将超过光速。然而实际上，当扭矩过大时，状态的变化一定会滞后，这也可以类比到量子纠缠上。要将处于纠缠态的一对量子分置于非常遥远的距离并保持量子纠缠状态并非易事，隐形传态的实际速度会不会超越光速，也许会在墨子号实验卫星上得到一些数据。

此外，信息的传输速度和信息介质的传输速度似乎也要区别对待。信息不是物质，它的传输速度是否超越光速，都不会打破光速的极限理论。但是隐形传态却引出了另一个信息哲学问题：信息传输一定需要载体和介质吗？

用光纤构建量子通信网络本身也是一个技术悖论。无论光纤是用于传输和分离光量子还是用来分发量子密钥，都不是最好的选择。从量子通信到量子计算机的跨越也更像一个神话。尽管如此，我们还是期待，神话和梦想能够照进现实，智慧的技术能够突破理论距离现实的最后一毫米。