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量子|“喂，阿外你好！”將來和外星人通話需要幾G通信技術(shù)？

人類向外太空的探索已經(jīng)越來越深入 。 目前 ， 人類已經(jīng)成功發(fā)射探測器登陸火星表面 。 登陸后 ， 火星探測器會將探測信息通過通信系統(tǒng)傳送到地球 。 可是 ， 這傳輸過程可不像手機視頻通話那樣簡單 。 探測器發(fā)射出的電磁波需要歷盡千難萬險才能到達(dá)地球 ， 而且期間還存在很大的延遲 。
對于宇宙的探索 ， 登陸火星應(yīng)該是一小小小步 。 太陽系以外的星球動不動就是幾億光年 。 如此遙遠(yuǎn)的距離 ， 就算我們能夠到達(dá) ， 我們應(yīng)該怎樣實現(xiàn)有效及時的通信呢?
量子|“喂，阿外你好！”將來和外星人通話需要幾G通信技術(shù)？
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看過《三體》的朋友應(yīng)該知道 ， 三體世界距離我們4億光年 ， 和地球用的是量子通信技術(shù) 。 這是一種即時的 ， 不受空間限制的通信方式 。
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糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式 。 通信的具體過程是 ， 事先構(gòu)建一對具有糾纏態(tài)的粒子 ， 將兩個粒子分別放在通信雙方 ， 將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進(jìn)行聯(lián)合測量 ， 則接收方的粒子瞬間發(fā)生坍塌 ， 坍塌為某種狀態(tài) ， 這個狀態(tài)與發(fā)送方的粒子坍塌后的狀態(tài)是對稱的 ， 然后將聯(lián)合測量的信息通過經(jīng)典信道傳送給接收方 。 接收方根據(jù)接收到的信息對坍塌的粒子進(jìn)行幺正變換 ， 即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài) 。
在1993年 ， 美國IBM的研究人員提出了量子通信理論 。 經(jīng)過科研人員多年的努力 ， 量子通信已經(jīng)從理論走進(jìn)實用 。 2009年9月 ， 中國科研團(tuán)隊建成了世界上首個全通型量子通信網(wǎng)絡(luò) ， 首次實現(xiàn)了實時語音量子保密通信 。 這一成果標(biāo)志著中國在量子通信技術(shù)上已經(jīng)走到前列 。
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神秘的伙伴關(guān)系量子糾纏
目前 ， 人類只是發(fā)現(xiàn)了量子糾纏現(xiàn)象 ， 但是仍然不能解釋其中奧秘 。 以兩顆向相反方向移動但速率相同的光量子為例 ， 即使一顆行至太陽邊 ， 一顆行至冥王星邊 ， 在如此遙遠(yuǎn)的距離下 ， 它們?nèi)员Ｓ嘘P(guān)聯(lián)性;亦即當(dāng)其中一顆被操作而狀態(tài)發(fā)生變化 ， 另一顆也會即時發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化 。 如此現(xiàn)象導(dǎo)致了鬼魅似的超距作用之猜疑 ， 仿佛兩顆光量子擁有超光速的秘密通信一般 。
如果我們讓光量子攜帶信息 ， 那么由于量子之間的糾纏現(xiàn)象我們就可以實現(xiàn)不受空間距離約束的通信 。 哪怕兩顆星球在遙遠(yuǎn) ， 我們都可以即時通話了 。
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量子通信的技術(shù)難點
目前 ， 我們還不能實現(xiàn)量子糾纏中所描述的超距傳輸 。 進(jìn)行量子通信 ， 我們使用的是光量子 。 在通信中我們需要向目標(biāo)發(fā)射光量子 。
讓光量子攜帶信息我們能夠?qū)崿F(xiàn) 。 真正的技術(shù)難點在于用于通信的光量子在傳輸?shù)臅r候 ， 空間中還充斥著海量的光量子 。 它們存在于自然界 ， 并不攜帶有用的通信信息 ， 你必須在這樣的嘈雜背景下把用于通信的光量子檢測出來 ， 然后讀取這些光量子中包含的通信信息 ， 才能實現(xiàn)量子通信 。
同時 ， 光量子在傳輸過程中也是會衰減的 。 那么 ， 傳輸就需要中繼器 。 但是 ， 我們不能像使用普通中繼器那樣對信號進(jìn)行放大 。 因為進(jìn)行任何操作 ， 都會破壞光量子的糾纏狀態(tài) 。
【量子|“喂，阿外你好！”將來和外星人通話需要幾G通信技術(shù)？】隨著人類探索太空深入 ， 我們必然需要更加強大的通信能力 。 量子通信讓我們看到了希望 。 如果真的尋找到外星人 ， 某一天我們就可以使用量子通信和外星朋友阿外打電話問好了 。 只是不知道那時應(yīng)該叫幾G通信技術(shù)了 。

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