1. 量子传输，量子通信能实现无延时么？

我明白，你实际想问的是“量子通信能不能超光速”。答案可能会让你失望了：量子通信不能超光速。

为什么是这样？我有一个简略的回答和一个详细的回答。

简略的回答是：狭义相对论已经明确说了，信息的传输不能超光速（有一些事情可以超光速，但它们不传输信息）。量子通信完全是基于已知的物理学原理设计出来的，每一个步骤都在量子力学和狭义相对论的预言范围之内，所以怎么可能违反狭义相对论呢？你应该把量子通信理解成一个在已有理论框架内的充满创造力的工程作品，好比长城、赵州桥、高铁，而不是理解成一个颠覆已有理论框架的科学革命。

详细的回答如下。

量子力学是描述微观世界物理规律的基本理论。它解答了很多基本问题，例如：为什么原子能够稳定存在，绕着原子核运动的电子不会落到原子核上去？为什么原子会组合成分子？为什么有些物质能导电，有些物质不导电，有些物质是半导体，还有些物质是超导体？从晶体管到激光器，现代社会的每一样科技成就，都离不开量子力学。

量子信息是量子力学与信息科学结合产生的交叉科学，目的是利用量子力学实现经典信息科学中实现不了的功能，例如永远不会被破解的保密方法（专业名称叫“量子密码术”或者“量子保密通信”或者“量子密钥分发”）、科幻电影中的“传送术”（是的，传送术在原理上是可以实现的，它的专业名称叫做“量子隐形传态”）。

《星际迷航》中的传送术

正如经典的信息科学包括通信和计算两大领域，量子信息也可以分为两大领域：量子通信和量子计算。

量子通信的内容，包括量子密钥分发（又称为“量子密码术”或“量子保密通信”）和量子隐形传态（即传送术）以及“超密编码”等等。在严格的科学意义上，量子密钥分发并不等于量子通信，而是它的一部分。但是，量子密钥分发发展得最快，已经接近产业化了，例如中国的若干金融机构在试用量子通信仪器来传输核心数据。而量子隐形传态以及整个量子计算领域，都还处于实验室演示阶段，离实用非常远。因此，媒体上报道的量子通信，在大多数情况下指的就是量子密钥分发。

下面我来解释一下，量子密钥分发和量子隐形传态各自是什么，为什么它们都不能超光速。

要理解量子密钥分发，首先要明白什么是“密钥”。其实这个词很容易理解，它就是日常语言中的“密码本”，《红灯记》、《潜伏》等谍战片中无数情报人员舍死忘生争夺的那个东西。说得正规一点，密钥就是从明文到密文的变换参数。

红灯记

发送方（以下称为A）和接收方（以下称为B）如果都有密钥，而密钥满足三个条件（一，密钥是一串随机的字符串；二，密钥的长度跟明文一样，甚至更长；三，每传送一次密文就更换密钥，即“一次一密”），那么双方之间的通信就是“绝对安全”的。这里“绝对安全”是一个数学用语，它的意思是：敌人即使截获了密文，也无法破译出明文，他能做的最多也只是瞎猜而已。

这听起来好像已经解决了保密通信问题？其实没有。真正的困难在于，怎么把密钥从一方传到另一方？现实生活当中，需要第三方的信使来传递，而信使可能被抓（如《红灯记》中的李玉和）或者叛变（如《红岩》中的甫志高），这麻烦就大了。最好是不通过信使，AB双方直接见面分享密钥。但是如果双方可以轻易见面，还要通信干什么？！

量子保密通信就是为了解决这个问题而提出的。它做的其实只有一件事情：不经过信使，通信双方直接共享密钥。

怪哉，不通过信使怎么共享密钥？关键在于，这里的密钥并不是预先就有的，一方拿在手里想交给另一方。在初始状态中，密钥并不存在！

量子密钥是在双方建立通信之后，通过双方的一系列操作产生出来的。利用量子力学的某些特性（“叠加原理”和“测量结果的随机性”），可以使双方同时在各自手里产生一串随机数，而且不用看对方的数据，就能确定对方的随机数序列和自己的随机数序列是完全相同的。这串随机数序列就被用作密钥。

量子密钥的产生过程，同时就是分发过程，——这就是量子保密通信不需要信使的原因。

双方都有了密钥之后，剩下的事情就跟经典的通信完全相同了：A把明文用密钥编码成密文，然后用任意的通信方式发给B。“任意的”通信方式的意思就是“怎么都行”：可以用电话，可以用电报，可以用电子邮件，甚至用平信都行。量子保密通信的特别之处，只是让双方不经过信使直接分享密钥，仅此而已。这就是为什么它的专业名称叫做量子密钥分发。

现在我们可以明白，量子保密通信的过程分为两步：第一步是量子密钥分发，第二步是密文的通信。第二步跟常规的通信完全一样，所以不会超光速。既然如此，整个过程自然也就不会超光速，无论第一步有多快。实际上，第一步也不会超光速，因为它的实际操作一般就是发送和接收单个光子，速度就是光速，不过这个具体过程我们就不在这里展开讲了。

什么是量子隐形传态？这是一种在1993年提出的方案，把粒子A的未知的量子态传输给远处的另一个粒子B，让B粒子的状态变成A粒子最初的状态。科幻电影里经常出现的传送术，把人biu地一声就传到另一个地方，原型就是量子隐形传态。

请注意，隐形传态传的是状态而不是粒子，A、B的空间位置都没有变化，并不是把A粒子传到远处。好比A处有一辆汽车或一个人，不是把这辆汽车或这个人搬到B处，而是把B处本来就有的一堆汽车零件或原子组装成这辆汽车或这个人。

有人要问了：那岂不得到了相同的两辆汽车？两个人？！哪个是真正的自己？！在为伦理问题诗兴大发前，一句话就可以消灭这个问题：不会出现相同的两个人。大自然早有安排，杜绝了这种可能性。在隐形传态中，当B粒子获得A粒子最初的状态时，A粒子的状态必然改变。任何时刻都只能有一个粒子处于目标状态，所以只是状态的移动，而不是复制。一定要说复制的话，也是一种破坏性的复制。好比武侠小说中前辈把功力传给主角，传完前辈就没有功力了，而不是出现两个高手。在宏观世界复制一本书或一个电脑文件是很容易的，在量子力学中却不能复制一个粒子的状态，这是量子与经典的一个本质区别。

很多人听说量子力学中状态的变化是瞬时的，无论两个粒子相距多远，于是认为隐形传态可以biu地一声把人传到任意远的地方，超过光速，推翻相对论。很遗憾，这个理解又是错误的。量子力学中状态的变化确实是瞬时的，但是隐形传态的方案中有一步是把一个重要的信息（可以理解为一个密码）从A处传到B处，利用这个信息才能把B粒子的状态变成目标状态。这个信息需要用经典信道（例如打电话、发邮件）传送，速度不能超过光速，所以整个隐形传态的速度也不能超过光速。

许多人以为隐形传态是先扫描出A处的物或人的状态，再在B处组装一个相同的物或人。非也非也。如果要先知道目标状态，那还有什么意思？隐形传态是在不知道A粒子的状态的情况下，把B粒子变成这个状态！就像送快递，不知道送的是什么东西，但保证原原本本地送到。

总而言之，量子隐形传态是以不高于光速的速度、破坏性地把一个粒子的未知状态传输给另一个粒子。打个比方，用颜色表示状态，A粒子最初是红色的，通过隐形传态，我们让远处的B粒子变成红色，而A粒子同时变成了绿色。但是我们完全不需要知道A最初是什么颜色，无论A是什么颜色，这套方法都可以保证B变成A最初的颜色，同时A的颜色改变。

结论：无论是通过量子密钥分发还是量子隐形传态来传输信息，都不能超光速。

2. 光纤通讯和量子通讯的优点？

光纤通信优点如下：

1、传输距离远：光纤连接距离可达70公里；

2、传输速度快：光纤接入能够提供100Mbps、200Mbps等高速带宽；

3、损耗低：光纤介质的制造纯度极高，所以光纤的损耗极低，在通信线中可以减少中继站的数量，提高了通信质量；

4、抗扰能力强：光纤是非金属的介质材料，使用光纤作为传导介质，不受电磁干扰。

量子通信的优点

量子通讯自面世开始就饱受争议，量子通讯出现时以绝对保密、通信容量大、信息传输速度快的优势迅速吸引了全世界的目光，作为军方实时传输信息的通讯渠道当然更需要安全、保密、快速的多重保护，所以，中国正在大力发展研究量子通讯技术，为我国国防安全做出最大的努力。

量子通信主要以量子态作为信息元实现对信息的有效传送，具有绝对保密、通信容量大、传输速度快等优点，可以完成经典通信所不能完成的特殊任务，如构建无法破译的密钥系统等，因此量子通信成为当今世界关注的科技前沿。

3. 光子计算机比量子计算机更有前途？

光子计算机、生物计算机和量子计算机

计算机芯片的微型化已接近极限。计算机技术的进一步发展只能寄希望于全新的技术，如新材料、新的晶体管设计方法和分子层次的计算技术。有三种技术：光子计算机、生物计算机和量子计算机，一旦研制成功将引发下一次超级计算机革命。

1. 光子计算机

研究表明，光能够像电一样传送信息，并且它不会与周围环境发生相互影响，两束光线可以互相穿透。光在长距离内传输要比电子信号快约100倍，光器件的能耗非常低。预计，光子计算机的运算速度可能比今天的超级计算机快1000到10000倍。令人遗憾的是，现在人们还难以制造出一种全光子计算机。要想制造出真正的光子计算机，还需要仰仗材料科学领域的重大突破。

2. 生物计算机

与光子计算技术相比，大规模生物计算技术实现起来更为困难，不过其潜力也更大。不妨设想一种大小像柚子，能够进行实时图像处理、语音识别及逻辑推理的超级计算机。其实这样的计算机已经存在：它们就是人脑。自本世纪70年代以来，人们开始研究生物计算机(也叫分子计算机)，随着生物技术的稳步发展，我们将开始了解并操纵制造大脑的基因学机制。例如，硅片上长出排列特殊的神经元的“生物芯片”已被生产出来，但这些生物计算实验离实用还很遥远。如果技术进步继续保持目前的速度，可以想像在一二十年之后，超级计算机将大量涌现。

3. 量子计算机

量子力学是第三种有潜力创造超级计算革命的技术。量子计算机利用了量子力学违反直觉的法则，它们的潜在运算速度将大大快于电子计算机。一台具有5000个左右量子位的量子计算机可以在大约30秒内解决。

4. 量子力学隐性形态是什么？

没有量子力学隐性形态这个名词。

量子隐形传态，又称量子遥传、量子隐形传输、量子隐形传送、量子远距传输或量子远传，是一种利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。

是一种全新的通信方式。它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息，在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态如同经历了科幻小说中描写的"超时空传输"，在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘地出现。

必须说明的是，量子遥传并不会传送任何物质或能量。这样的技术在量子信息与量子计算上相当有帮助。然而，这方式无法传递传统的资讯，因此无法使用在超光速的通讯上面。量子遥传与一般所说的瞬间移动没有关系–量子遥传无法传递系统本身，也无法用来安排分子以在另一端组成物体。

5. 能实现物质传送吗？

量子瞬间移动到目前为止还仅仅停留在理论上。我们常说的量子隐态传送（隐形传态）技术就是以后瞬间移动的理论基础。

中科院如今已经可以将光子进行传送了。但是能否传递大分子级别以上的宏观物体不仅仅是个物理难题还是哲学难题。

物质都是由微观粒子构成的，而微观粒子都具有量子态。按照目前的量子力学，微观粒子的不同除了质量和性质的差异还在于量子状态。

光子和光子是不同的不仅仅在于频率，还在于量子状态。量子瞬移并不是将一个光子发送到另一个地方。而是在两地分别建立一个系统，一个是发送地，另一个是接收地。通过对发送地的光子进行测量，得到它的量子态信息后，再用电磁波将这些信息发射到接收地。这样就可以重新“组装”接收地的光子，使其具有和发送地光子一样的量子状态。

宏观物体的本质就是微观粒子的组合形式。如果一个人体内的所有原子的排列组合都与另一个人完全一样。那么这两个人是否具有相同的意识呢？这就是哲学本体论的思考。

按照唯物主义者的看法，人和人的不同在于身体原子的组合形式不同。

而唯心主义者认为，即便两个人体内的所有微观粒子的组合形式和种类都完全相同，那么他们之间也不具有相同得意识。

哲学家争论数千年的本体论或许会被物理学解决。意识和物质到底谁是本源可以通过量子瞬间移动技术进行验证。

潘建伟教授曾经构思过这个问题，他本人认为瞬间移动在未来千年内是有可能实现的。到那时候，可以通过机器重新扫描人体内的所有微观粒子的信息，将其记录成数据发送在千里之外，再通过这些信息重新构建这个人。

人体所需的元素在土壤里全都包含着。堆积人体所需的原材料可以直接由土壤提供，我们只要知道这个人体内所有的原子信息就可以构建他。不过计算人体所蕴含的原子数对于电子计算机简直是天方夜谭。

要处理这样量级的原子数的能力必须量子计算机的参与才有可能实现。

按照目前的隐态传送技术。将A粒子的量子信息复制到C粒子，需要一个中介粒子B。

A到C粒子不可以直接复制粘贴。即便A与C可以通过量子纠缠超时空作用，但是从B粒子到C粒子的传递却是只能通过电磁波。

量子隐态传递就是先通过A与C形成纠缠态，它们之间就会有四个bell态。

测量四个bell态不能一次性全测量出来。必须借助第三方粒子。

第一步就是纠缠，第二步就是使第三方粒子与被传递粒子形成共态。再通过测量第三方粒子获得剩下的bell态信息，并通过电磁波发送给B粒子。

这也就是木桶效应，因为第二步的信息传递不可以突破光速，所以导致隐态传递的过程不能突破光速。

将C粒子复制成A粒子后，A粒子会同时坍塌。所以大家不必惊恐，以后瞬间移动技术并不会导致两个人你的出现。在北京的你被瞬间移动到上海的同时，北京的本体就会同时坍塌掉。

6. 量子通信技术出现后会出现什么情况？

量子通信技术是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。它利用通信器材发射出的量子电波对等通信原理，导致网络黑客进不来自己的通信网络，即使有漏网之鱼，通信器材也会自动发出报警等方式来终止黑客行为。

说的详细一点：作为量子通信的两大主要内容，量子密钥分发和量子隐形传态可以实现经典通信所无法完成的任务。量子密钥分发可以实现无条件安全保密通信，即便整个通道都被窃听者控制，无论窃听者有多么强大的计算能力，包括量子计算机在内。事实上，这个安全性及其严格证明基于量子物理学基本原理，与算法复杂度无关。而量子隐形传态则是要实现一种神奇诡异的量子通信：在预置纠缠分发的基础上，可以传递一个任意未知的量子态而无需传输该量子态的物理载体本身。这个东西英文叫做quantum teleportation, 好像电报一样只传信息不传物理载体，不同的是，在这里，“电报”的发送者和接收者都无需知道“电报”内容却能完成电报的信息传输。和量子通信关系极为密切的理论，就是量子纠缠理论，简单来说，如果两个量子发生了关系（即纠缠过），那么无论这两个量子相隔有多远，可以知道对方的一举一动。

在小说《三体》中，就提到了量子纠缠理论：三体人把一些量子纠缠过的量子制造成“智子”，发送到地球，监视地球人。

综上所述，量子通信与传统通信技术相比，具有极高的安全性、保密性、信息传递效率与抗干扰性能，可以被认为是下一代通信领域的支撑性技术。

美国某权威研发机构于2014年提出，计划在未来建立连接美国主要城市、总长超万公里的环美国量子通信网络；

欧洲科学家团体提出了类似针对欧洲的类似方案。

由于市场的力量，任何先进的技术，都会从国防流向民用领域。量子通信技术一旦，在民用领域铺开，将极大地影响现有的互联网商业世界，我们的网购、网上活动将变得更加具有私密性。

考虑到量子通信目前抗干扰能力，还有待提升，所以相对短距离的、干扰信号少的民用量子通信技术会更可能率先出现。

比如，可以近距离使用的对讲机，这在民用安全领域，已经银行安全（运送现金）等方面，将更有可能大有作为。

7. 量子通信未来能超光速吗？

量子通信不可能超光速，因为量子通信的方案都是根据量子力学和相对论这些已知的物理原理设计出来的，怎么可能违反原理呢？相对论已经说了，信息的传输不能超光速（注意，不传信息的现象是可以超光速的，这不违反相对论），所以量子通信当然不会超光速。

我们来稍微解释一下，现有的各种量子通信方案为什么不超光速。

在科学界的术语中，量子通信是一整个研究领域，其中包括量子密钥分发、量子隐形传态和超密编码等具体应用。而其中量子密钥分发是唯一接近实用的技术，所以在媒体的报道中，“量子通信”往往特指量子密钥分发。我们就先来说，量子密钥分发为什么不超光速。

量子密钥分发的具体过程，是发送方发出一系列单个光子，接收方接收和测量这些光子的状态，双方由此各自得到一个由随机的0和1组成的数列（例如10001011……）。由于量子力学的特性，不用看对方的数据，就可以确认对方的数列跟自己手里的是完全相同的。因此，这个数列可以用作密钥，用它加密的密文是绝对不可破译的。用这个密钥对要传输的信息加密，然后用任意的传统通信方式发送，整个通信的过程就完成了。这其中任何一步都不超光速，所以整个过程显然也不超光速。

题主还问到：未来能出现直接传输量子态的技术吗？实际上，不需要未来，现在就有这样的技术。它叫做量子隐形传态，相当于科幻电影中的“传送术”。

《星际迷航》中的传送术

量子隐形传态实际做到的，是把一个量子体系的状态传输给另一个量子体系，也就是说，粒子并没有移动，只是状态移动了。在量子隐形传态中用到了量子纠缠，对处于纠缠态的两个粒子做测量，两者会同时突变到某个状态。这是个真正意义的突变，是不需要时间的。所以如果单看这一步的话，速度确实是无穷大。但是，量子隐形传态中包含若干个步骤，其中一步是把一个测量的结果（具体地说，是一个二比特的数据，即00、01、10、11这四个字符串中的某一个）传给对方。这一步要用传统的通信方式来实现，速度不超过光速，因此整个量子隐形传态的速度也不超过光速。

打个比方，你开着一辆超级跑车狂奔，但遇到一段堵车的路，那么你在其他路段跑得再快也没用，整个行程的速度都被这段堵车拖下来了。虽然把光速称为一个拖后腿的“慢速”显得有点滑稽（光子：我真的跑得很慢吗？有种你出来跟我比比！），但道理就是这个道理。