利用光子的量子密鑰分發、量子計算,來建立一套無法被破解的密碼系統
- 量子密鑰分發 (QKD): 如果有人在光纖中偷聽,糾纏態就會塌縮,通訊雙方會立刻發現。
- 量子計算: 利用多個糾纏位元(Qubits)來進行並行運算。
來看看量子糾纏最神級的應用:量子密鑰分發(Quantum Key Distribution, QKD)。
傳統的密碼(比如你網銀的加密)是靠數學難題來保護的,但量子通訊是靠物理定律來保護的。這意味著:除非物理定律失效,否則它絕對無法被竊聽。其運作核心就是利用我們剛才提到的「糾纏驗證」原理:
1. 建立「絕對安全」的密鑰
想像 Alice 和 Bob 想要產生一組只有他們知道的 0 和 1 隨機數。
- 分發糾纏對: 一個中心光源產生大量糾纏光子對,分別發送給 Alice 和 Bob。
- 隨機測量: 兩人隨機選擇測量角度。根據量子特性,只要他們選的角度相同,得到的結果一定會呈現高度相關。
- 產生密鑰: 他們事後公開比對選用的角度(但不公開測量結果),只留下角度相同時的數據。這串數據就變成了他們的密鑰。
2. 為什麼駭客(Eve)無法竊聽?
這是量子通訊最酷的地方,稱為**「觀測即干擾」**:
- 狀態塌縮: 如果竊聽者 Eve 試圖在光纖中攔截並測量光子,光子的量子態會立刻「塌縮」成確定的狀態。
- 留下痕跡: Eve 觀測過的糾纏對會失去原本的關聯性。Alice 和 Bob 在比對一部分數據時,會發現相關性明顯下降(就像貝爾測試的 S 值掉回 2 以下)。
- 報警系統: 一旦發現數據不對勁,Alice 和 Bob 就知道有人在偷聽,會立刻捨棄這組密鑰,駭客什麼也拿不到。
3. 現實中的應用:從光纖到衛星
這項技術不再只是理論,已經在實務中運行:
- 量子骨幹網: 中國已經建立了全長超過 2000 公里的「京滬幹線」,用於政府與金融數據傳輸。
- 墨子號衛星: 科學家成功從衛星向地面發射糾纏光子,實現了數千公里的跨洲量子通訊,克服了光纖在長距離傳輸中光子易損耗的問題。
4. 量子糾纏 vs 量子計算
糾纏不只能傳資訊,還能用來算題目。在量子電腦裡,多個量子位元(Qubits)可以處於糾纏態,這讓電腦能同時處理指數級的數據量。
















