量子糾纏與量子通訊

量子霸權是未來十年以科技為導向的國家間所追求的聖杯，而量子運算及量子通訊為霸權中的兩大訴求。這兩者的共通性都基於兩個奇特的量子現象，也就是量子疊加及量子糾纏。這兩種量子現象，與我們熟知的因果律相悖離。量子疊加在我們那個年代量子力學的教科書都有闡述，也就是量子的世界中，一個因會產生好幾個的果，會出現哪一個果是一個機率的問題。愛因斯坦是無法接受這種機率性的假設，他說 「上帝是不會擲骰子的。」

量子糾纏就更勁爆了，量子糾纏最基本的定義是，兩個以上的基本粒子可以用一個方程式來加以描述。經歷過糾纏的兩個粒子，就如同是生命共同體，不管是之後身處在不同的時空，只要知道其中一個粒子的狀態，我們就立即能知道另一個粒子的狀態，簡直就是天涯若比鄰。換言之就是得知A粒子的因，就能馬上知道B粒子的果。因跟果是可以同時發生在不同的時空中，甚至在某些情況中，果有可能會影響到因，愛因斯坦稱量子糾纏為「鬼魅般的遠作用力。」

因果律的維繫在相對論的詮釋就是光速了，宇宙間任何一種作用力或訊息的傳遞，所發生及產生結果的時間，都不會超過光速。而量子糾纏的所維繫的作用力卻是超越光速的，這也使得因跟果可以同時發生，甚至於由果導因。我們在學時的量子力學教科書並沒有討論到量子糾纏，因為相關的實驗證實及理論架構，都是在80年代後所產生的。量子糾纏就如同平行或多重宇宙中的蟲洞，可以在不同的時空中，過去、現在及未來間來回旅行。

量子運算的優勢在於能夠在海量中的樣品中，快速地找出及歸納最適合的選擇，就如同在戈壁沙漠中，很快地找到你所要的一顆沙子。現行電腦的運算方式，是一顆沙子一顆沙子，逐步的比對。量子運算所使用的糾纏粒子為電子，電子具有磁矩，因此可被視為會自己旋轉的電荷，而磁矩具有方向性，所以就定義出自旋往上及往下的物理量。要發生糾纏的電子，需要在極低的溫度下且近距離，因此不適合於傳輸的用途。

量子傳輸是利用光子作為糾纏的粒子，光子不帶電荷沒有磁矩，但光在行進時，可以定義出水平及垂直兩個偏極化的方向，也就是兩個物理量。糾纏的光子也不需要在低溫產生，只需將雷射光經過硼酸鋇這類的非線性晶體，就可以產生一對的糾纏光子，只是每次發生的機率可能是百萬分之一。中國在量子通訊領域是領先的，幾年前所發射的墨子號人造衛星，就成功地向地面的兩個接受站，分別發射出糾纏過的光子。

量子通訊就是利用一系列糾纏的光子，分別傳輸到A/Alice與B/Bob兩個地點或個人，也就是兩本糾纏過的密碼本。這兩本密碼的內容如何，完全沒有人知道，但是一旦在A打開了密碼本，也就是偵測出光子偏極化的方向，隨即在B處的密碼本，就會根據A的內容而被確定。換言之就是在當下產生了宇宙間唯二且可互通的密碼本，所以外人是無法從中截取相關訊息。但是問題來了，密碼本的內容是隨機所產生，如果A想要傳一組訊息給B，A還必須利用現行的通訊系統，傳一系列的更正碼給B，得多一道程序才算完成。雖然更正碼有可能被截取，但是手中沒握有這糾纏過的密碼本，得到更正碼的資訊也沒有用。

現行的加密通訊技術，利用大質數乘積的分解，可以達到在使用現行電腦運算系統，需耗費相當長的時間才能夠破解的功能。但是等到量子運算愈來愈成熟，要破解這密碼所需的時間，會大幅度的縮短。而量子通訊就成為防禦量子電腦的最佳武器，也就成為以子之盾守子之矛了。量子運算是有其必要性，但是量子通訊是否真有其需要，個人是有點保留。

量子糾纏就像是量子力學中，波跟粒子的雙重性，無法讓人理解。這些都是在微觀世界中，所產生的奇特物理現象，無法以我們平常認知的語言來描述。愛因斯坦曾表示，他在思考量子力學的時間千百倍於相對論，但是他還是無法理解。量子力學大師波爾曾說：「科學家的任務在於如何講述自然，而不是揭露自然的真實本質。」所以人類面對自然界，不僅是渺小，態度上更要謙虛。