可以使用量子纠缠来实现超腔通信吗？

尽管确实存在量子纠缠“怪异的超距离效应”，但我们不能用它来实现星际超光速通信.

[图片描述]太阳帆访问遥远的行星或恒星系统的概念图

几个月前，亿万富翁尤里·米尔纳（Yuri Milner）和天体物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）共同宣布了突破性星散计划（Breakthrough Starshot），这是一项雄心勃勃的计划，旨在将第一颗人造航天器发射到银河系中的另一个恒星系统. 尽管使用巨大的激光阵列将质量很小的宇宙飞船以20％的速度发射到另一个行星上是可行的，但是只有一个微芯片大小的宇宙飞船可以发射到另一个行星，但是我们仍然不知道这样的小型设备功率不足可以穿越巨大的星际空间与地球交流. 有人提出了这个想法: 也许量子纠缠可以用来交流？

这当然值得考虑. 让我们看看这个想法.

想象一下，您有两个，每个都可以变成正面或背面. 您拿着一个，我拿着一个，我们彼此相距很远. 我们把它们扔到空中，抓住了它们，然后在桌子上拍了拍. 当我们松开双手查看结果时，我们期望看到“前”的机会是50/50，而获得“后”的机会是50/50. 在普通的非纠缠宇宙中，您的结果和我的结果彼此完全独立: 如果获得“正”结果，则我的显示为“正”或“反向”仍为50/50. 但是在某些情况下，这些结果会相互交织，也就是说，如果我们进行此实验，并且您得到“正”结果人能量子纠缠吗，则在我告诉您之前，您将百分百确定我的将显示为“后方” . 即使我们相距几光年，甚至一秒钟都没有过去，您都会立即知道.

在量子物理学中，我们通常不纠缠粒子，而是纠缠独立的粒子，例如电子或光子，例如，每个光子旋转+1或-1. 如果测量其中一个的自旋，则即使它们跨越整个宇宙的一半，您也会立即知道另一个的自旋. 在测量任何粒子的自旋之前，它们都以不确定的状态存在. 但是一旦您测量了其中之一，就会立即知道两者. 我们已经在地球上做了一个实验. 在实验中人能量子纠缠吗，我们将两个纠缠的光子分开了几公里，并以几纳秒的间隔测量了它们的自旋. 我们已经发现，如果测量显示他们的自旋之一为+1，那么我们知道另一个自旋为-1，比以光速通信至少快10,000倍.

[图片描述]创建两个纠缠的光子，并将它们分开很远. 我们可以通过测量一个的状态来了解另一个. 图片来源: Melissa Meister

现在回到奥利维尔的问题上: 我们可以利用量子纠缠这一功能从遥远的恒星系统与我们进行通讯吗？答案是肯定的，如果您认为从遥远的地方进行测量也是一种“通信”. 但是，当您谈论交流时，您通常想知道自己的目标. 例如，您可以使纠缠的粒子处于不确定状态，然后将其带到前往最近的恒星的太空飞船中，然后命令太空飞船在该恒星的宜居区域中寻找岩石行星的踪迹. 如果找到，则进行测量以将粒子置于+1状态，如果未找到，则进行测量以将粒子置于-1状态.

因此，您推测航天器正在测量时，留在地球上的粒子将以-1状态出现，从而告诉您航天器在宜居区域或-1状态中发现了岩石行星，Tell您认为航天器尚未找到行星. 如果您知道航天器已经进行了测量，那么即使距离很远光年，您也应该能够自己测量留在地球上的粒子，并立即知道另一个粒子的状态.

这是一个聪明的计划，但是有一个问题: 仅当您问一个粒子“您处于什么状态？”时，纠缠工程. 如果将纠缠的粒子强制进入特殊状态，则将破坏纠缠，并且您在地球上进行的测量将完全独立于遥远恒星的测量. 如果仅测量远距离粒子的状态为+1或-1，那么您在地球上的测量值必须分别为-1或+1，这样就可以告诉您距离几光年的粒子的信息. . 但是，将遥远的粒子强制为+1或-1，这意味着无论结果如何，地球上的粒子都有50/50的概率成为+1或-1，而粒子则在数光年之外. 没关系.

这是量子物理学中最令人困惑的地方: 当您了解系统的完整状态并测量系统的其余部分时，可以通过纠缠获得有关系统特定部分的信息，但是您无法获得从纠缠的系统的特定部分部分创建并将消息发送到另一部分. 尽管这个想法非常聪明，但是超光速通信仍然是不可能的.

量子纠缠是一个奇妙的特性，我们可以在很多方面使用它，例如最终的密钥安全系统. 但是超光速通讯？要理解为什么这是不可能的，需要我们理解量子物理学的关键特征: 强迫纠缠的系统的一部分变成一个状态或另一种状态，并且不能让您通过测量系统的其他部分来获取信息. 正如尼尔斯·鲍尔（Niels Ball）所说的那句名言:

如果量子力学没有使您震惊，那么您还必须了解它.

宇宙一直在向我们掷骰子，这使爱因斯坦非常恼火. 但是，即使我们尽力在游戏中作弊，自然也会使它感到沮丧. 只要裁判符合量子物理学定律！

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