量子纠缠与量子通讯

量子霸权是未来十年以科技为导向的国家间所追求的圣杯，而量子运算及量子通讯为霸权中的两大诉求。这两者的共通性都基于两个奇特的量子现象，也就是量子叠加及量子纠缠。这两种量子现象，与我们熟知的因果律相悖离。量子叠加在我们那个年代量子力学的教科书都有阐述，也就是量子的世界中，一个因会产生好几个的果，会出现哪一个果是一个机率的问题。爱因斯坦是无法接受这种机率性的假设，他说 「上帝是不会掷骰子的。」

量子纠缠就更劲爆了，量子纠缠最基本的定义是，两个以上的基本粒子可以用一个方程序来加以描述。经历过纠缠的两个粒子，就如同是生命共同体，不管是之后身处在不同的时空，只要知道其中一个粒子的状态，我们就立即能知道另一个粒子的状态，简直就是天涯若比邻。换言之就是得知A粒子的因，就能马上知道B粒子的果。因跟果是可以同时发生在不同的时空中，甚至在某些情况中，果有可能会影响到因，爱因斯坦称量子纠缠为「鬼魅般的远作用力。」

因果律的维系在相对论的诠释就是光速了，宇宙间任何一种作用力或信息的传递，所发生及产生结果的时间，都不会超过光速。而量子纠缠的所维系的作用力却是超越光速的，这也使得因跟果可以同时发生，甚至于由果导因。我们在学时的量子力学教科书并没有讨论到量子纠缠，因为相关的实验证实及理论架构，都是在80年代后所产生的。量子纠缠就如同平行或多重宇宙中的虫洞，可以在不同的时空中，过去、现在及未来间来回旅行。

量子运算的优势在于能够在海量中的样品中，快速地找出及归纳最适合的选择，就如同在戈壁沙漠中，很快地找到你所要的一颗沙子。现行电脑的运算方式，是一颗沙子一颗沙子，逐步的比对。量子运算所使用的纠缠粒子为电子，电子具有磁矩，因此可被视为会自己旋转的电荷，而磁矩具有方向性，所以就定义出自旋往上及往下的物理量。要发生纠缠的电子，需要在极低的温度下且近距离，因此不适合于传输的用途。

量子传输是利用光子作为纠缠的粒子，光子不带电荷没有磁矩，但光在行进时，可以定义出水平及垂直两个偏极化的方向，也就是两个物理量。纠缠的光子也不需要在低温产生，只需将雷射光经过硼酸钡这类的非线性晶体，就可以产生一对的纠缠光子，只是每次发生的机率可能是百万分之一。国内在量子通讯领域是领先的，几年前所发射的墨子号人造卫星，就成功地向地面的两个接受站，分别发射出纠缠过的光子。

量子通讯就是利用一系列纠缠的光子，分别传输到A/Alice与B/Bob两个地点或个人，也就是两本纠缠过的口令本。这两本口令的内容如何，完全没有人知道，但是一旦在A打开了口令本，也就是侦测出光子偏极化的方向，随即在B处的口令本，就会根据A的内容而被确定。换言之就是在当下产生了宇宙间唯二且可互通的口令本，所以外人是无法从中截取相关信息。但是问题来了，口令本的内容是随机所产生，如果A想要传一组信息给B，A还必须利用现行的通讯系统，传一系列的更正码给B，得多一道程序才算完成。虽然更正码有可能被截取，但是手中没握有这纠缠过的口令本，得到更正码的信息也没有用。

现行的加密通讯技术，利用大质数乘积的分解，可以达到在使用现行电脑运算系统，需耗费相当长的时间才能够破解的功能。但是等到量子运算愈来愈成熟，要破解这口令所需的时间，会大幅度的缩短。而量子通讯就成为防御量子电脑的最佳武器，也就成为以子之盾守子之矛了。量子运算是有其必要性，但是量子通讯是否真有其需要，个人是有点保留。

量子纠缠就像是量子力学中，波跟粒子的双重性，无法让人理解。这些都是在微观世界中，所产生的奇特物理现象，无法以我们平常认知的语言来描述。爱因斯坦曾表示，他在思考量子力学的时间千百倍于相对论，但是他还是无法理解。量子力学大师波尔曾说：「科学家的任务在于如何讲述自然，而不是揭露自然的真实本质。」所以人类面对自然界，不仅是渺小，态度上更要谦虚。