量子系统使用纠缠来共享关联状态,但纠缠本身并不能传输信息。纠缠是一种现象,其中两个或多个粒子彼此连接,使得一个粒子的状态直接影响另一个粒子的状态,而不管距离如何。 例如,如果两个纠缠的量子比特处于状态的叠加态(如|00⟩ + |11⟩),则测量一个量子比特会立即坍缩另一个量子比特的状态。 但是,这种坍缩不会发送可用的信息,因为测量结果是随机的,并且需要经典通信来解释。 纠缠能够实现结合量子和经典步骤的协议,以完成安全通信或隐形传输等任务,但它不是直接的信息通道。
一个关键的例子是量子隐形传输,它是一种使用纠缠在两方之间传输量子比特状态的协议。 假设 Alice 想要将一个量子比特发送给 Bob。 他们首先共享一个纠缠对。 Alice 对她的纠缠量子比特和她想要发送的量子比特执行联合测量,将两者都坍缩为特定状态。 此测量会立即影响 Bob 的纠缠量子比特,但结果是随机的。 然后,Alice 通过经典通道将她的测量结果(两个经典比特)发送给 Bob。 Bob 使用此信息对他的量子比特应用校正(如量子门),从而重建原始状态。 在这里,纠缠能够实现传输,但经典通信对于完成传输至关重要。
纠缠的作用经常被误解,因为它不违反信息传输的光速限制。 虽然纠缠粒子表现出瞬时相关性,但只有与经典数据配对时,这些相关性才变得有意义。 例如,在量子密钥分发(QKD)协议(如E91)中,纠缠粒子在两方之间生成共享的随机性。 通过经典通道比较其测量结果的子集,他们可以验证密钥的完整性并检测窃听。 如果没有经典步骤,纠缠状态本身无法编码或传输消息。 这种相互作用突出表明,纠缠是构建安全或高效系统的资源,而不是独立的通信工具。 开发人员在量子应用中工作时,必须设计将纠缠与经典基础设施集成在一起的协议,以实现实际结果。