深度长文:量子通信到底是黑科技还是伪概念?一口气给你讲明白
最近这些年,“量子” 两个字算是被玩坏了。 量子速读、量子床垫、量子水杯,各种打着量子旗号的智商税产品满天飞,搞得很多人一听到 “量子”,条件反射就是:又来骗钱了? 连带着正儿八经的量子通信,也跟着挨了不少骂。有人说它是世纪骗局,有人说它能超光速传送活人,还有人觉得它就是个中看不中用的花架子,根本没实际用处。 那么,量子通信到底是什么?它真的能实现 “绝对安全” 吗?所谓的 “量子隐形传态”,是不是就是隔空传物? 今天咱们就从最基础的讲起,全大白话,不用公式,保证你耐心看下来就能懂。 先搞懂基础:到底什么是 “量子”? 这事得从一百多年前说起。 十九世纪末,那是经典物理学的黄金年代。以牛顿老爷子为代表的一众物理学家,把力学、热学、光学、电磁学全都安排得明明白白。 小到苹果落地,大到行星公转,从声音传播到光的反射,几乎所有日常现象,都能用经典物理的公式完美解释。 当时的物理学界普遍有种错觉:物理大厦已经建完了,剩下的工作就是修修补补,把小数点往后多算几位而已。 甚至有物理学家半开玩笑地说:“物理学的未来,只能到小数点后面第六位去找。” 说白了,就是大家都觉得物理已经学到头了,没什么新东西可发现了。 但很快,现实就给了物理学家们狠狠一巴掌。随着实验技术的进步,人们开始往微观世界和高速世界探索,然后发现了一大堆经典物理根本解释不了的怪事。 其中最出名的,就是物理学史上著名的 “两朵乌云”。 一朵是 “迈克尔逊 - 莫雷实验”。 这个实验本来是想证明宇宙里有一种叫 “以太” 的介质,光就是靠以太传播的。结果测来测去,发现光速不管怎么测、在哪个方向测,数值都一模一样,根本不存在什么以太。这朵乌云,后来催生了爱因斯坦的相对论,彻底颠覆了人类的时空观。 另一朵,就是 “黑体辐射” 问题。 简单说就是,当时的经典物理公式,算出来的黑体辐射能量和实验结果对不上,尤其是紫外线波段,偏差大得离谱,被称为 “紫外灾难”。 这朵乌云,则直接砸开了量子世界的大门。 1900 年 10 月,德国物理学家普朗克,为了凑出符合实验结果的公式,咬咬牙提出了一个大胆到连自己都不敢信的假设:能量不是连续的,而是一份一份的。 啥意思呢? 在那之前,所有人都觉得能量就像自来水,你打开水龙头,想接多少接多少,可以是任意数值。但普朗克说,不对,能量其实是一颗颗的沙子,你只能拿一粒、两粒、三粒,不能拿半粒,也不能拿 0.3 粒。 这最小的、不可分割的一份能量,就叫 “能量子”,后来简称 “量子”。 同年 12 月 14 日,普朗克发表了《关于正常光谱的能量分布定律》这篇论文,这一天也被后人称为 “量子物理的诞生日”。 顺带一提,研究量子物理费头发这件事,从祖师爷普朗克那就开始了。年轻时候的普朗克也是帅小伙一个,研究量子之后,发际线肉眼可见地后退,也算是为科学献身了。 说到这儿,可能有人会问:那量子是不是一种很小的粒子啊?像原子、电子那样? 还真不是。 量子不是具体的实体粒子,它是一个概念:如果一个物理量存在最小的、不可分割的基本单位,那这个物理量就是 “量子化” 的,这个最小单位,就叫量子。 打个最通俗的比方:我们平时说 “一个人”,人就不能分成半个人,所以 “人” 就是量子化的,一个人就是一个量子单位。再比如钱,最小的单位是一分,你没法花半分钱,所以钱也是量子化的,一分钱就是货币的量子。 而我们常说的光子,就是光的量子,也就是光的最小能量单位。不存在半个光子,也不存在三分之一个光子,光只能是一个光子一个光子地传递。 总结一下就是: 量子不是粒子,是物理量的最小单位; 量子化就是不连续,只能一份一份来; 光子就是一种量子,是光的最小能量单位。 是不是感觉有点反直觉? 很正常,量子世界的东西,就没有几个符合日常直觉的。 很多人觉得量子玄乎,其实就是因为它打破了我们 “万物都是连续的” 这个本能认知而已。 了解了量子是什么,我们再来看看量子科技都有哪些分支。 现在大家常说的 “量子科技”,核心是量子信息科学,它是量子力学和信息科学凑出来的交叉学科。 说白了,就是用量子世界的规律,来做信息的存储、计算和传输。 量子信息主要分两大块:量子计算和量子通信。 咱们先简单说几句量子计算,因为它和量子通信是一对欢喜冤家。 我们现在用的电脑,用的是经典比特,一个比特要么是 0,要么是 1,所有计算都是基于 0 和 1 来的。而量子计算机用的是量子比特,一个量子比特可以同时是 0 和 1 的叠加态。 这有啥用?用处大了。 比如你要破解一个密码,经典计算机得一个一个试,试完一个才能试下一个。而量子计算机因为有叠加态,可以同时尝试所有可能性,算力直接碾压经典计算机。 像现在银行、网站用的 RSA 加密算法,经典超级计算机可能要算几百年才能破解,换成成熟的量子计算机,可能几秒钟就搞定了。 这就带来了一