量子|“喂，阿外你好！”将来和外星人通话需要几G通信技术？
人类向外太空的探索已经越来越深入 。 目前 ， 人类已经成功发射探测器登陆火星表面 。 登陆后 ， 火星探测器会将探测信息通过通信系统传送到地球 。 可是 ， 这传输过程可不像手机视频通话那样简单 。 探测器发射出的电磁波需要历尽千难万险才能到达地球 ， 而且期间还存在很大的延迟 。
对于宇宙的探索 ， 登陆火星应该是一小小小步 。 太阳系以外的星球动不动就是几亿光年 。 如此遥远的距离 ， 就算我们能够到达 ， 我们应该怎样实现有效及时的通信呢?
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看过《三体》的朋友应该知道 ， 三体世界距离我们4亿光年 ， 和地球用的是量子通信技术 。 这是一种即时的 ， 不受空间限制的通信方式 。
量子通信是什么?它的原理又是什么?
量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式 。 通信的具体过程是 ， 事先构建一对具有纠缠态的粒子 ， 将两个粒子分别放在通信双方 ， 将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量 ， 则接收方的粒子瞬间发生坍塌 ， 坍塌为某种状态 ， 这个状态与发送方的粒子坍塌后的状态是对称的 ， 然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方 。 接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换 ， 即可得到与发送方完全相同的未知量子态 。
在1993年 ， 美国IBM的研究人员提出了量子通信理论 。 经过科研人员多年的努力 ， 量子通信已经从理论走进实用 。 2009年9月 ， 中国科研团队建成了世界上首个全通型量子通信网络 ， 首次实现了实时语音量子保密通信 。 这一成果标志着中国在量子通信技术上已经走到前列 。
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神秘的伙伴关系量子纠缠
目前 ， 人类只是发现了量子纠缠现象 ， 但是仍然不能解释其中奥秘 。 以两颗向相反方向移动但速率相同的光量子为例 ， 即使一颗行至太阳边 ， 一颗行至冥王星边 ， 在如此遥远的距离下 ， 它们仍保有关联性;亦即当其中一颗被操作而状态发生变化 ， 另一颗也会即时发生相应的状态变化 。 如此现象导致了鬼魅似的超距作用之猜疑 ， 仿佛两颗光量子拥有超光速的秘密通信一般 。
如果我们让光量子携带信息 ， 那么由于量子之间的纠缠现象我们就可以实现不受空间距离约束的通信 。 哪怕两颗星球在遥远 ， 我们都可以即时通话了 。
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量子通信的技术难点
目前 ， 我们还不能实现量子纠缠中所描述的超距传输 。 进行量子通信 ， 我们使用的是光量子 。 在通信中我们需要向目标发射光量子 。
让光量子携带信息我们能够实现 。 真正的技术难点在于用于通信的光量子在传输的时候 ， 空间中还充斥着海量的光量子 。 它们存在于自然界 ， 并不携带有用的通信信息 ， 你必须在这样的嘈杂背景下把用于通信的光量子检测出来 ， 然后读取这些光量子中包含的通信信息 ， 才能实现量子通信 。
同时 ， 光量子在传输过程中也是会衰减的 。 那么 ， 传输就需要中继器 。 但是 ， 我们不能像使用普通中继器那样对信号进行放大 。 因为进行任何操作 ， 都会破坏光量子的纠缠状态 。
【量子|“喂，阿外你好！”将来和外星人通话需要几G通信技术？】随着人类探索太空深入 ， 我们必然需要更加强大的通信能力 。 量子通信让我们看到了希望 。 如果真的寻找到外星人 ， 某一天我们就可以使用量子通信和外星朋友阿外打电话问好了 。 只是不知道那时应该叫几G通信技术了 。
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