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说到主题之前，先谈一谈光的波粒二象性。

光是一种波还是一种粒子？一派是以惠更斯、麦克斯韦、赫兹等为代表的波派，一派是以爱因斯坦为代表的” 粒子派 “ ，两派斗争了非常久。光是一种波，这个非常好理解，因为光的干涉、衍射等现象很常见，大家都容易理解光是一种类似水波、电磁波一样的波。那么，爱因斯坦为啥会认为光是一种 “粒子” 呢？多亏 “光电效应” 这个实验，让爱因斯坦想到了答案。

那么到底哪一派获胜了呢？为了揭开谜团，科学家们做了很多实验（双缝干涉实验等） ，想看看光到底是波还是粒子。

实验有 N 个版本。因为光具有波特性，经过 2 条缝之后，由于波的干涉，在最后的显示板上形成了” 斑马线 “样的干涉条纹。

科学家们再对实验进行升级，实验中的光变成一个一个光子打出。假设光是一种粒子，那么 1 个光子只能从一条缝穿过， 这样最终出现的就应该是 2 条杠，而不是斑马线状的干涉条纹。

但实验结果是：有时是斑马线，有时候是 2 条杠。这个结果，和 “观察姿势” 有关。假如实验装置能精确获取光子的路径信息，那么最终是 2 条杠。否则，实验结果就是斑马线。

所以量子力学的世界里，我们的思维方式就得改一改了。

量子世界三大基本原则：

1）态叠加原理

2）测不准原理：叠加态不可能精确测量 （粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性越小，则动量的不确定性越大，反之亦然。）

3）观察者原理（只要光子的路径信息” 可以被精确测量 “的环境下，它就会自动坍缩，不能同时穿过 2 条杠了）

上面主要说的是一个一个的量子，下面要隆重出场的是一对量子（或者叫孪生粒子 ，或者叫纠缠态的一对量子），量子纠缠才是加密通信的终极武器。

这里说的” 一对量子 “ 是怎么造出来的？– 可以用粒子对撞机，两束粒子相撞，一个母粒子分裂成两个更小的粒子 A 和 B。A 和 B 动量大小相等，方向相反，A 和 B 的角动量（类似自旋）也得相互抵消。如果说自旋态有上、下的定义区分（想象为顺时针、逆时针）。那么，根据量子理论，在不被观测的情况下，粒子处于多种可能性的叠加态。即：不是向上，也不是向下，而是两者并存！观测之后，两个粒子（A、B）之间才有上下之分，保持阴阳平衡，就算 A 和 B 相隔十万八千里，这种纠缠关系也会存在。这个就是量子纠缠。

这一对量子，就好比一对魔法硬币，不管千山万水，只要一枚硬币翻到正面朝上，另一枚一定会瞬间变成反面朝上。（超距作用）

这对我们有什么用呢？

如果把上面的量子 A 和 B 放在通信的两端。请看下面 3 个步骤：

以上过程就是大名鼎鼎的量子通信。它的威力在于加密，而且无条件安全的加密。

什么是绝对安全的加密，需要具备三大条件：

1）随机加密

2）明文密文等长

3）一次一密

这 3 个条件量子通信都满足了。

在此之上，量子通信还有更厉害的 —— 它具有反窃听属性。能发现窃听者，而且，窃听者不知道自己被发现了。所以量子通信不怕窃听，也不怕破解，只怕干扰。（比如，用强激光照射接收器）

再来看看我们熟知的加密方法：

1）传统的对称加密 – 缺点：密码本泄露

2）非对称加密（如 RSA） - 缺点：算力，且能被破解（超级计算机曾经用几个月的时间破解）

量子计算机为啥快？

量子计算机加速的根源在于量子叠加态的存在，在经典计算中，N 位比特的 CPU 在同一时刻只能存储一种状态，但在量子计算中，N 位量子比特的 CPU 在同一时刻可以同时保存 2^N 个状态。所以，量子计算机的恐怖性能完全来源于并行，而非某种绝妙的算法。

——本文观点分享自《猫、爱因斯坦和密码学 - 我也能看懂的量子通信》

作者：神们自己

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