量子纠缠和量子通讯

　　1、量子纠缠
　　量子纠缠是相距很远的两个量子，一个量子的行为将会影响另一个量子的状态。当其中一个量子被操作(如测量)使状态发生变化，则另一个即刻发生相应的状态变化 。两个纠缠量子每个都处于叠加态，当对其中一个量子进行测量，它的叠加态就会坍缩为一种确定态，同时另一个量子的状态，也会产生同步变化，由叠加态坍缩为确定态。爱因斯坦认为量子纠缠满足定域隐变量理论，量子纠缠不能超过光速。贝尔通过实验论证了量子纠缠的非定域性，量子纠缠具有超距作用，不需要时间。量子纠缠速度不是量子的传递速度，而是量子感应速度，相互影响的速度。
　　2、量子通信密钥生成
　　量子通信本质上是光子密钥的传输，是根据光子纠缠原理将光子信息比特进行感应传递。＂墨子号＂卫星就是通过向两地发送纠缠光子，产生密钥，实现了两地信息加密通信。
　　墨子号卫星是光子纠缠源，用一束紫外激光波照射非线性光学晶体，该晶体会释放多个偏振方向相同的纠缠光子对，分别向A、B两地发送，光子的偏振方向有四种：↑（0°） 、→（90°）、↗（45°）、↘（135°），对应的量子态：1、0、1、0，每个光子的量子态都处于0、1叠加态。A、B两地基站分别对接收的多个光子进行量子态的测量，测量选用＋、×两种形状的偏振器。
　　如上图，卫星发送的纠缠光子偏振方向有四种。当用＋偏振器测量偏振方向↑ 、→光子时，光子的偏振方向不变并通过偏振片，光子的量子态没有改变，测得量子态为1、0比特；当用×偏振器测量偏振方向↑、 →光子时，光子通过偏振器后方向改变，光子偏振方向是↗或↘，测得比特为1或0；当用×偏振器测量↗、↘光子时，光子的偏振方向不变并通过偏振片，光子的量子态没有改变，测得量子态为1、0比特；当用×偏振片测量↑、→时，光子通过偏振器后方向改变，偏振方向是↗或↘，测得比特为1或0。
　　假设量子卫星发送给A、B两地的随机纠缠量子对偏振方向均为：→、↑、↑、↑、↗、↘
　　A、B两地接收端采用如下的方式进行随机测量，可以分别得到如下图：
　　测量完成后，A、B双方通过公开信道（电话或微信）通信方式，把自己每次测定使用的偏振器形状告知对方，这样A、B双方把相同测量的偏振器对应的比特保留，形成一组二进制代码＂1010＂，这组代码就是A、B两地的共享的密钥。当A地向B地发送信息时，A地用密钥对信息加密形成密文，然后将密文发送给B地，B地用已知密钥对密文进行解密还原信息，从而实现两地量子通信，保证信息的安全性。
　　量子密钥不能被窃取和破译，因为要想窃取密钥，必须要拦截卫星发送的纠缠光子，必须将偏振器置于光路测量光子的量子态，由上面讲述原理，如果偏振器选择的不正确就会改变测量光子的偏振方向，这样就无法测定光子的量子态比特，因此无法复制完全相同的一列光子形成的密钥。