量子通信,到底是什么工作原理?

今天,小枣君要和大家聊的是“量子通信” 。

量子通信,到底是什么工作原理?

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最开始计划写这个专题的时候,小枣君的内心是很纠结的 。
鲜枣课堂的目的,就是传递“普通人都能听懂”的知识 。每一个知识点专题,小枣君都会用最容易理解的方式把它解释给大家学习 。
但是“量子通信”这个专题,解析难度真心有点大 。
它涉及到量子论、信息论这样的烧脑理论,还关联了密码学、编码学等一堆看着都要绕着走的复杂学科 。
很多概念,光是看名字,都让人瑟瑟发抖——
量子通信,到底是什么工作原理?

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想要把这些知识都解释清楚,实在是鸭梨山大
可是,量子通信这几年发展非常迅速,频频在各大媒体中亮相,吸引了广泛的关注 。
量子通信,到底是什么工作原理?

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关注之余,大家对它充满了好奇和疑问,渴望对它有更深入的了解 。
所以,尽管难度很大,我还是决定努力给大家做一个关于量子通信的专题介绍,帮助大家建立对它的基本认知 。
好了,废话说了辣么多,我们开始吧 。
Part.1 什么是量子?让我们把穿越时空,回到十九世纪末 。
那个时代,是经典物理学的巅峰时代 。以牛顿大神为代表的科学家们,在力学、热学、光学、声学、电磁学方面取得了突飞猛进的成就 。
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牛爵爷
在世人看来,整个科学体系似乎已经搭建完成,无懈可击 。
但是,随着时间的进一步推移,科技发展又进入了新的阶段 。大量高精尖实验仪器的问世,帮助人们逐渐打开了微观世界的大门 。
科学家们的研究对象,从低速物体逐渐变成了高速物体,再到音速、超音速、光速;从大型物体到小型物体,再到微观物体 。
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科学家们发现,很多实验结果都无法用经典物理学解释,甚至和传统的理论认知背道而驰 。
最为代表的,是「迈克尔逊-莫雷实验」和「黑体辐射」 。
这两个概念非常复杂,限于篇幅,我就不详细解释了 。我们只需要知道,「迈克尔逊-莫雷实验」后来催生了大名鼎鼎的“相对论” 。而「黑体辐射」呢,催生了我们今天的主角——“量子论” 。
1900年10月19日,为了解决黑体辐射的紫外灾难,普朗克在德国物理学会上报告了关于黑体辐射的研究结果,成为量子论诞生和新物理学革命宣告开始的伟大时刻 。
在同年的12月14日(历史上也把这天认为是量子物理的诞生日),他发表了《关于正常光谱的能量分布定律》论文,得到一个重要结论:能量是由确定数目的、彼此相等的、有限的能量包构成 。
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普朗克的发际线演进过程(没事别去学物理,真的)
一个物理量存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子 。
“量子化”,指其物理量的数值是离散的,而不是连续地任意取值 。
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例如,光是由光子组成的,光子就是光量子,就是一种量子 。
而光子,就不存在半个光子、三分之一个、0.18个光子这样的说法 。
是不是有点晕?别急,我们总结一下:
  • 量子一词来自拉丁语quantum,意为“有多少” 。
  • 量子不是具体的实体粒子 。
  • 量子是能表现出某物理量特性的最小单元 。
  • 量子是能量动量等物理量的最小单位 。
  • 量子是不可分割的 。
  • ……
不知道有没有明白一些? 我相信不少童鞋就已经落荒而逃了 。
没明白也不用气馁,非物理学专业的童鞋,确实很难理解量子这个概念 。敢于承认自己不懂,也是很了不起的 。
不管怎么样,大家就先记住一点——光子就是一种量子 。后面我们会用到这句话 。
Part.2 量子知识体系的分类首先,我们先看一下量子信息的学科分类 。
量子信息结合了量子力学和信息科学的知识,属于两者的交叉学科 。
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