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为什么量子不能被克隆

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:万幸的是,科学家们发现了量子世界中的又一个神奇规律,这个规律叫作量子不可克隆原理。正是这个原因,使得一个量子的自旋态永远也不可能被另一个量子克隆。虽然我们可以利用量子纠缠复制出一个一模一样的量子,但是对不起,一旦你复制成功了,原始量子也必然被破坏。所以,一个量子的量子态只能被传递出去,而不能被克隆。这就是量子力学中的量子不可克隆原理。

为什么量子不能被克隆

在单光子通信方案中,你有没有想到一个可能的漏洞呢?

如果窃听者对窃听到的每一个光子不是拦截,而是进行复制,那不就同样能达到窃听的目的吗?为了帮助你理解,我们还是用那个快递的比喻。假如有一个人,把一个快递员在途中拦截了下来,打开快件,把里面的信息复制一份出来,再让这个快递员继续送货,这样不就能偷偷窃取信息了吗?信息的发送方和接收方并不知道有人已经复制了信息。

科学家们当然也会想到这个问题。万幸的是,科学家们发现了量子世界中的又一个神奇规律,这个规律叫作量子不可克隆原理。什么是克隆呢?就是在不破坏原物的情况下,做一个和原物一模一样的复制品,必须要保证原物和复制品都完好无损,这时候你就无法区别谁是原物,谁是复制品了。那么,量子能不能被克隆呢?

答案是绝对不可能。为什么?其中的道理非常艰深,大致说来是这样:你还记得我上一章给你讲过的量子自旋态吧?一个量子的自旋态在被测量之前,是处在不确定状态中的,只有被测量了之后才能确定下来。正是这个原因,使得一个量子的自旋态永远也不可能被另一个量子克隆。你想啊,假如你要克隆一个量子,你就需要知道这个量子是什么状态的,而要确定量子的状态,就免不了测量。但问题是,一个量子一旦被测量了,它就不再是原来的状态了,它变成了一个确定的状态。在物理学上,我们把这个过程叫作“从纠缠态变成了本征态”。本征态和纠缠态是两种不同的状态。虽然我们可以利用量子纠缠复制出一个一模一样的量子,但是对不起,一旦你复制成功了,原始量子也必然被破坏。所以,一个量子的量子态只能被传递出去,而不能被克隆。这就是量子力学中的量子不可克隆原理。(www.xing528.com)

现在我们回到那个快递的比喻。在量子的世界中,虽然你可以把快递员给拦截下来,但是,你只要一打开快递盒,读取了里面的信息,那对不起,这个快递盒就被彻底破坏了,你不可能再发送一个一模一样的快件给接收方了。你也不可能克隆出一个快件,一个自己留下,一个再发送出去。

用量子纠缠复制出的量子,一旦被复制,原始量子也必然被破坏

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