超越时空的量子通信

地球是人类的摇篮。尽管生活在各大洲的人们，长年为重峦叠嶂和浩的大洋所分隔，天各一方，但自从有了以光速传播的通信手段之后，信息的交流便变得轻而易举了。

不过，走出地球，却是一个广袤无际的宇宙空间。到那里去探索，去寻找地球的知音，以及到其他星球上去定居，一直是牵动人类思绪的美好梦想。在宇宙空间，各天体之间的距离是以光年来计量的。如果我们的宇宙飞船到达距地球只有1光年的某个星球，利用现有的通信手段，那它与我们之间的通信也会有两年的时延。何况，宇宙空间离地球几千、几万光年的天体比比皆是。与它们之间若以光速进行通信，那真是等白了头也难觅回音。

所幸的是，一种被称为量子通信的新的通信方式也初露端倪。它是一种不受通信双方空间距离限制、不存在任何传输时延的真正意义上的实时通信，因此，它可望承担起未来宇宙通信的使命。那么，什么是量子通信呢?

简单地说，量子通信就是根据量子力学关于相互耦合的微观粒子(如电子、光子等)之间存在的超光速关联来实现信息的传递。量子力学指出，如果我们对相互耦合的一对粒子中的一个粒子进行测量，另一个粒子将会瞬时“感应”到这种影响，并发生相应的变化，而不管这两个粒子间相隔有多远。上述这种微观粒子间的超光速关联和影响叫做“缠结”，它是一种具有交互作用的粒子之间通过“感应”而建立的神奇连接。这种连接是实现超光速通信的主要依据。量子通信的优点很多，首先便是它的零时延。正是由于这个特性，它可望应用于未来的星际通信；其次是它可以不通过双方之间的空间进行，这就避免了环境对通信的干扰；第三，是保密性强。因为信息载体可以只保存在收发信息的双方，使与此项通信无关的第三者无法干扰和窃听。此外，它还是一种环保型通信，不会产生电磁污染。

量子通信系统由量子态发生器、量子通道和量子测量装置组成。按其所传送的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。隐形传态是一种脱离实物的信息传送，它的过程是光提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者再根据这些信息选取与构成原物相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此“隐形传送”不过是一种幻想而已。

1993年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典力学与量子力学相结合的方法来实现量子隐形传态的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子测量而获得，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。在这个方案中，纠缠态的非定域性起着重要的作用。量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。

量子通信的最终实现，需要将量子技术、生物技术和通信技术紧密地结合起来。另外，通过对人脑意识过程的深入研究，还有可能使量子通信的速率大大提高。以至有一天，可以将生物芯片植入人的大脑，实现人脑间的超光速通信。