量子力學突破　科學家遠距傳送「糾纏光子」　研難以駭入通訊系統

量子力學可說是當世上最難理解也最神秘的事情，愛因斯坦以相對論解釋了牛頓力學解釋不到的現象，但天才如他也未能解釋所有量子力學現象，「量子糾纏」（Quantum Entanglement）是其中一個典型例子。不過，不能解釋不等於不能使用，古人或許不知道火這種物理現象，卻能夠生火煮食；今天，中國科學家成功利用世上首部量子衛星「墨子號」，將「糾纏的」（entangled）光子分發到地球上兩座相距約1200公里的接收站，為發展出可牢不可破的加密通信系統打開大門。在不久將來，人類很可能透過量子衛星，建立迅速而安全的互聯網。

上周四（15日），中國科學技術大學潘建偉教授及其率領的團隊發布一項重大研究成果，於去年發射到太空的量子科學實驗衛星「墨子號」成功將糾纏的光子從太空發射到地球上相距1200公里的兩座接收站，這大概相等於香港與上海之間距離。潘建偉指，這是創造出全球量子網絡的第一步，也是重大的一步，以往所有方法最多只能將糾纏光子分發到相距100公里以內的接收站，即意味著只能應用在一個城市之內。該研究亦於周五（16日）在美國權威科學學術期刊《Science》刊登。

▋　連愛因斯坦都搞不懂的「量子糾纏」

在了解這項成果如何重大以及它如何有助發展出極為嚴密的網絡通信系統之前，先簡單說明什麼是「量子糾纏」。量子糾纏（或稱量子纏結），即是當兩顆次原子粒子（比原子更小的粒子如電子、中子、光子等等）接近時可以彼此纏結，它們的特性會產生連帶關係，即使將顆粒子分開，它們仍然有某種特殊的連結，當其中一顆粒子被測量的時候，必然瞬即影響另一顆粒子。

舉例，電子與所有基本粒子都一樣都有一種自旋的特性，在你未測量它之前，它的旋轉方向都是模糊及不確定的，但當它一被觀察，你就會知道它是向上旋還是向下旋；如果一粒電子與另一粒電子處於「糾纏」狀態，當其中一粒電子被測出是向上旋，那麼另一粒電子必然是向下旋，無論兩粒電子相距多遠，結果都會一樣。

試想像有兩個只有藍色與紅色的俄羅斯轉盤，一個放在北極，另一個放在南極。當一個轉盤的指針停在紅色，那麼另一個轉盤必然是藍色，聽起來非常神奇，但這就是量子糾纏的現象，這現象最初由愛因斯坦發現，但他也以「鬼魅般的超距作用」此等不科學的描述加以形容。

▲ 有關量子糾纏的解說短片，2：40提到愛因斯坦所謂的「鬼魅般的超距作用」。

▋　黑客截取通信無所遁形

正如前述，光子與電子一樣，都有這種糾纏的特性，現在科學家致力正是利用光子糾纏發展出一種新式的加密通信系統。中國的墨子號擁有精密的光學設備，可以將一雙一雙糾纏狀態的光子發射到地球表面，分別由兩座相隔1200公里的接收器接收。

這些光子訊號可成為通信內容，而當有黑客嘗試截取或觀察這些處於糾纏狀態的光子，就會瞬即影響與它們各自連結的光子，系統馬上就會發現黑客，因此，整個通信系統可謂無漏洞可言。另外，由衛星發出糾纏光子的好處是，太空處於真空狀態，只有大氣層中長約10公里的部分會影響光子，地面傳輸則會受到光纖及大氣限制。

「這是人類首次擁有一個衛星與地面之間的量子通道，而你真的可以使用它。人們已經很多很多年來討論它，但這些人（中國科學家）真的達成了。」加拿大滑鐵盧大學（University of Waterloo）量子計算研究所教授Norbert Lütkenhaus稱。奧地利物理學家Anton Zeilinger亦表示︰「（是次測試）顯示中國做了一個正確決定……我個人相信，未來的互聯網將會建基於這些量子原理。」潘建偉指，未來5年內，他們將計劃發射一些著重應用的量子衛星升空。

（綜合報道）