潘建偉的量子通信，為什麼被質疑是偽科學？《自然》這樣回應！

　　量子力學的發展確實伴隨著大量的矛盾與爭議，特別是在量子通信開始發展后，有部分「消息靈通」人士已經洞察了量子通信的「偽科技」本質，並且還再三指責科普量子通信的文章為偽科學站台！這些詰問到底是科學的嗎？

　　

　　量子通信的原理是什麼？

　　量子通信的原理還要問么，不就是量子糾纏么，傳說中的量子通信就是將糾纏中的兩個量子分開，即使相隔在宇宙的兩端，當A粒子的狀態發生改變時，B粒子也會隨之發生改變，這個通訊速度超越光速，距離再遙遠也是即時通信！

　　

　　聽起來完美的量子通信確實應該如此，但事實上我們並不能做到在觀察處在量子疊加態的不觸發坍縮，所以從理論上來看，這種完美的通信方式是不可能存在的，這是不是人類的技術不夠，而是量子世界的客觀坍縮理論所決定的！

　　客觀坍縮理論

　　薛定諤方程的線性性質允許粒子自然地處於幾個不同量子態的疊加態，當然它也允許宏觀物體處在幾個不同量子態的疊加態，但在大自然中從來都沒有觀察到過這種現象！因為宏觀物體永遠都會佔據一個確定的位置，因此將微觀物質的尺寸加大時，它的位置和動量將會被同時確定！

　　

　　但在微觀狀態下，這個處於量子疊加的狀態是允許存在的，但根據哥本哈根詮釋的波函數坍縮假說，在觀察動作之後，疊加態會坍縮為可觀察量的幾個本徵態之中的一個本徵態，而坍縮至任何一個本徵態的概率遵循玻恩定則！

　　

　　所以很抱歉，根據哥本哈根詮釋，這種直接利用糾纏態的量子通信是不存在的。

　　EPR佯謬

　　量子通信的最早起源是來自愛因斯坦向波爾反駁量子論不完備的EPR佯謬，愛因斯坦在第六屆索爾維會議上的光箱實驗被波爾擊敗，此後他與波多爾斯基和羅森花了數年時間，整出了一個《量子力學對物理實在的描述可能是完備的嗎？》的論文，發表在《物理評論》上。

　　

　　這個思想實驗很容易明白：一個不穩定的大粒子衰變為兩個小粒子，假設這兩種粒子有可能的量子自旋，粒子A為左旋，為了保持守恆，那麼另一個小粒子B必定是右旋！然後將兩個粒子分開很遠，比如幾萬光年，但我們在觀察之前，並不知道哪個是左旋，哪個是右旋！

　　

　　但當我們觀察粒子A時，那麼它的波函數瞬間坍縮，隨機選擇了一種狀態，比如說是右旋，那麼B粒子必定會變成左旋，那麼請問它們是如何保持一致的呢？既然沒有超光速通信，因此認為在分開的一瞬間，粒子A和B的左右旋就被確定了！

　　

　　阿斯派克特實驗

　　但量子論並不是這樣解釋，而是認為無論相隔多遠，在觀測之前，它們仍然處在量子疊加態，所以根本不存在什麼超光速通訊，疊加態的觀測時坍縮，一個隨機選擇左旋，一個右旋以保持守恆！

　　這就是後來用他們名字首字母命名的ERP佯謬！

　　這個EPR佯謬提出后，由於設備局限，所以愛因斯坦儘管處在下風，但他並不認輸，真正的試驗要到1980年代的法國奧賽理論與應用光學研究所的阿斯派克特試驗才被證明是哥本哈根詮釋是比較正確的！因為此時愛因斯坦只輸了5個標準方差！

　　

　　後來關於EPR佯謬試驗的設備越來越先進，到1998年奧地利因斯布魯克（Innsbruck）大學的實驗時，愛因斯坦輸得就有點慘了：30個標準方差！

　　現在的量子通信到底是什麼量子通信？

　　準確的說，現在的量子通信並不是量子糾纏通信，而是量子加密通信，要了解量子加密通信的話，必須要來了解下BB84協議！

　　

　　這個協議是查爾斯·貝內特和吉勒·布拉薩在1984年發表的論文中提到的量子密碼分發協議，後來以兩個人的名字第一個字母+年份，作為了這個經典協議的名字，任意兩組共軛狀態都可以用此協議，它利用的是光子的偏振態來傳輸信息，詳細描述有些不容易理解，請看下圖：

　　

　　BB84協議

　　在這個過程中，如果有人竊聽，那麼竊聽者為了光子的偏振態，那麼必須做測量，那麼會導致秘鑰的誤碼率增加，雙方可以約定誤碼率超過多少時該組秘鑰就被廢棄！

　　

　　這種量子通信的方式有一個缺點，必須用一個量子秘鑰發送通道和傳統數據傳輸通道，兩者必須配合才能正常工作，因此當前研究的也是如何更高效以及更遠距離和更少的誤碼率發送與接收秘鑰，但數據仍將通過Internet網來完成！

　　

　　當然通信除了速率外最重要的指標就是不可破譯，傳統的秘鑰中總是存在各種缺陷，並不能做到100%保密，但量子秘鑰不一樣，可以發現秘鑰被窺視，因此這種秘鑰分發的安全性超出想象！

　　為什麼有人再三指責量子通信？

　　除了網上那些有的沒有的指責各種量子通信周邊工程配套詐騙外，其他主要集中在如何製造出取得單光子的光源，2016年1月14日潘建偉、陸朝陽在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發表了題為《On-Demand Single Photons with High Extraction Efficiency and Near-Unity Indistinguishability from a Resonantly Driven Quantum Dot in a Micropillar》的論文，物理評論快報上的截圖如下：

　　

　　當然種花家也看不懂這種論文，不過隨後美國物理學會的《物理》(Physics）網站以「全能的單光子源」為題刊發了介紹文章，《自然》（Nature）期刊也以「可實用化的單光子源」在其研究亮點欄目作了深入報道，英國物理學會的《物理世界》（Physics World）和美國光學學會的《光學與光子學新聞》（Optics & Photonics News）也做了長篇報道。

　　

　　潘建偉（右）、陸朝陽

　　有一點是我們是可以了解的，到今年為止已經接近5年，這種突破性的進展同行評議時效性很強，很快就會有各大科學團體跟進，當然《物理評論快報》的審核也不是吃素的，這種經過將近5年時間考驗的論文，也不是一個推銷交通方面作品的老兄可以隨便推翻的。

　　

　　其實還有很多站不住腳的觀點，但人家很有耐心，堆砌各種文字，看上去很有說服力，不過種花家實在不想一一辯駁，最後送句古詩詞給這位老兄「兩岸猿聲啼不住、輕舟已過萬重山」，當大家在這裡呱噪時，人家早已發表多篇SCI論文了，假如真有料，不妨也發表幾篇？