量子物理虽好，但有什么用呢？

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　　这些新科技的应用可能会造成一些恐慌，譬如我们的隐私信息还是隐私吗、使用量子计算机的人是否会轻而易举地窥探我们的隐私？

　　俗话说得好，上有政策，下有对策。有了量子物理学，就相当于有了一个新的加密系统。与传统的加密系统不一样，它利用了因式分解的原理，所以是绝对安全的。

　　2、量子密码学

　　量子物理能够让我们利用它奇怪的特性，用安全的方式给信息编码。有很多关于量子密码的协议，我们现在只介绍两个原始的：BB84协议2和E91协议3。

量子密码学（图片来源：必应图库）

　　BB84协议的名称来源于创造者查尔斯· 贝内特（Charles Bennett）与吉勒斯·布拉萨德（Gilles  Brassard）的姓氏首字母。它大胆运用了波函数的叠加和塌缩原理，也就是之前提过的那个“观察和测量会改变量子状态”的奇怪现象。

　　试想，爱丽丝想要发给鲍勃4一条秘密信息。她害怕善妒的伊娃看到信息内容，于是决定给鲍勃发送一组密钥—— 一组他们用作通信符号的密码，这样他们就可以随意通信，避免他们发布的任何信息被人窃取。

　　假如爱丽丝利用一个传统的通信渠道，比如一只信鸽、无线电信号等，那么伊娃就可能截取密码。有了密码，伊娃就可以轻松破解爱丽丝传递给鲍勃的信。

　　假如爱丽丝能利用量子世界的特性，那么一切就会截然不同。她可以将信息存储到量子粒子上，一旦伊娃截取了信息，那么她对粒子的观察或者测量就会改变粒子状态，原始编码也就被破坏了。

　　当鲍勃拿到被伊娃截取过的密钥的时候，就会发现已经有人在他之前看到过密钥。这样，伊娃截取密钥的事实就暴露了。

　　爱丽丝和鲍勃这时需要做的就是放弃这组密钥，继续发送新的密钥，直到确定一个没有被伊娃截取的密钥。一旦有了新的密钥，他们就可以自由而安全地交流了，因为只有他们两个有通信符号。

量子密钥分发

　　E91协议利用的是量子物理学的另外一个现象：量子纠缠态。

　　为了不让伊娃截取密钥，爱丽丝这次利用了爱波罗悖论来复制量子隐形传送。

青海湖湖心岛的百公里级量子纠缠分发和量子隐形传态实验

　　将密钥通过量子隐形传送的方式传给鲍勃，就不会有任何人能够截取它，因为隐形传送不需要借助任何通道，信息可以直接“出现”在收件人的手上。

　　下面就来具体介绍一下利用纠缠态的量子隐形传送。

　　尽管量子加密听起来还有点像科幻小说里的内容，但现在已经有一些公司提供这样的商业服务了，比如日内瓦大学研究团队创立的Id  Quantique公司。2007年的瑞士大选就运用了量子加密模式来保证投票的安全。

　　3、量子隐形传送

　　对乾坤大挪移的想象早已存在，这在很大程度上来源于科幻故事或武侠小说。我们多么想忘掉汽车、飞机以及任何一种交通工具啊！很多人都会想到《星际迷航》中的那句经典台词：“斯科提，把我传送上去！”

《星际迷航》中的传送术

　　虽然人类的隐形传送还仅限于想象的世界，但量子的隐形传送已经实现了。

　　1993年，一个研究团队利用量子世界的特性，提出了实现量子隐形传送的理论基础。4年之后，以奥地利著名物理学家安东·蔡林格为首的研究团队首次实现了光子的隐形传送。

墨子号”-阿里地面站量子隐形传态实验现场图

　　《星际迷航》中会用几台神奇的机器扫描将要被传送的物体，以便在目的地重塑它。实际上，量子隐形传送和我们在电视剧中看到的情况还是有所不同的。

　　量子力学在这里给我们出了一个难题。海森堡不确定性原理告诉我们，电子的位置和速度无法同时被准确测量，因此我们无法精确地扫描一个人或一个东西，然后在另外一个地点重塑它们。

　　量子隐形传送利用纠缠态避免了这个问题。

　　试想爱丽丝想从地球将一个物体（在实践过程中，物体会被缩小成几个原子，但是为了举例方便，依然使用“物体”这个词）传送到阿尔法空间站这么一个特殊的地方，她的朋友鲍勃在那里。

　　爱丽丝将要传送的物体放在粒子拼盘中，这些粒子和鲍勃所在的空间站的粒子拼盘处于纠缠态。在特定时刻，鲍勃空间站里的粒子就会还原为初始对象，量子隐形传送就实现了 。

　　这个过程有很多值得推敲的细节。第一点是，我们传送的究竟是信息（或者说量子态），还是物体本身？我们需要鲍勃拿到的粒子拼盘和被传送物体的质量相同。

　　第二点是，我们说的是量子隐形传送，而不是量子复印机。这要求不对被传送物体进行任何复制，传送任务实现的时候，也是原始物体自毁的时候。针对这一问题，量子力学中有一个定理叫不可克隆定理，即禁止对一个物体进行完全复制。

　　虽然人类的隐形传送仍然停留在科幻小说中，但这项技术很快就会在信息加密中有所应用。