量子糾纏到底是什麼呢？
想象你有兩枚硬幣，每一枚都有不同的正面或背面，你拿著一枚我拿著一枚，我們彼此距離非常遠(yuǎn)。我們?cè)诳罩袙仈S它們，接住，拍在桌子上。當(dāng)我們拿開(kāi)手查看結(jié)果時(shí)，我們預(yù)期各自看到“正面”的概率是50%，各自得到“背面”的概率也是50%。在普通的非糾纏宇宙中，你的結(jié)果和我的結(jié)果完全相互獨(dú)立：如果你得到了一個(gè)“正面”結(jié)果，我的硬幣顯示爲(wèi)“正面”或“背面”的概率仍然各爲(wèi)50%，但是在某些情況下，這些結(jié)果會(huì)相互糾纏，也就是說(shuō)，如果我們做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，而你得到了“正面”結(jié)果，那麼不用我來(lái)告訴你，你就會(huì)瞬間100%肯定我的硬幣會(huì)顯示爲(wèi)“背面”，即使我們相隔數(shù)光年而連1秒鐘都還沒(méi)有過(guò)去。
在量子物理中，我們通常糾纏的不是硬幣而是單個(gè)的粒子，例如電子或光子等。例如，每個(gè)光子自旋+1或-1，如果兩個(gè)光子互相糾纏，你測(cè)量它們中一個(gè)的自旋，就能瞬間知道另外一個(gè)的自旋，即使它跨過(guò)了半個(gè)宇宙。在你測(cè)量任一個(gè)粒子的自旋前，它們都以不確定狀態(tài)存在；但是一旦你測(cè)量了其中一個(gè)，兩者就都立刻知曉了。我們已經(jīng)在地球上做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中我們將兩個(gè)糾纏光子分開(kāi)很多千米，在數(shù)納秒的間隔內(nèi)測(cè)量它們的自旋。我們發(fā)現(xiàn)，如果測(cè)量發(fā)現(xiàn)它們其中一個(gè)自旋是+1，我們知曉另一個(gè)是-1的速度至少比以光速進(jìn)行通信快10000倍。
創(chuàng)造兩個(gè)互相糾纏的光子以後，哪怕將它們分開(kāi)很遠(yuǎn)，我們也可以通過(guò)測(cè)量其中一個(gè)的狀態(tài)來(lái)得知關(guān)於另一個(gè)的信息。
現(xiàn)在回到問(wèn)題：我們可以利用量子糾纏的該特性實(shí)現(xiàn)與遙遠(yuǎn)恆星系統(tǒng)的通信嗎？回答是肯定的，如果你認(rèn)爲(wèi)從遙遠(yuǎn)的地方進(jìn)行測(cè)量也算是一種“通信”的話(huà)。但是，一般我們所說(shuō)的“通信”，通常是想要知道你的目標(biāo)的情況。例如，你可以讓一個(gè)糾纏粒子保持著不確定狀態(tài)，搭載上前往最近恆星的宇宙飛船上，然後命令飛船在那個(gè)恆星的宜居帶尋找?guī)r石行星的蹤跡。如果找到了，就進(jìn)行一次測(cè)量使所攜帶的粒子處?kù)?1態(tài)，如果沒(méi)有找到，就進(jìn)行一次測(cè)量使所攜帶的粒子處?kù)?1態(tài)。
因此，你推測(cè)，當(dāng)飛船進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如果留在地球上的粒子呈現(xiàn)爲(wèi)-1態(tài)，你就知道宇宙飛船在宜居帶發(fā)現(xiàn)了一顆巖石行星；留在地球上的粒子會(huì)呈現(xiàn)爲(wèi)+1態(tài)，就告訴你宇宙飛船還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)行星。如果你知道飛船已經(jīng)進(jìn)行了測(cè)量，你應(yīng)該可以自己測(cè)量留在地球上的粒子，並立即知道另一個(gè)粒子的狀態(tài)，即使它遠(yuǎn)在許多光年外。
這是一個(gè)聰明的計(jì)劃，但是有一個(gè)問(wèn)題：只有你詢(xún)問(wèn)一個(gè)粒子“你處?kù)妒颤N狀態(tài)？”（也就是說(shuō)測(cè)量）時(shí)糾纏才起作用，但如果你對(duì)一個(gè)糾纏態(tài)粒子實(shí)施測(cè)量，迫使它成爲(wèi)一個(gè)特定的狀態(tài)，你就破壞了糾纏，你在地球上做的測(cè)量與在遙遠(yuǎn)恆星旁做的測(cè)量就完全不相關(guān)了。如果在遠(yuǎn)處進(jìn)行一次測(cè)量，讓粒子的狀態(tài)爲(wèi)+1，當(dāng)然在地球上測(cè)量出結(jié)果就是-1，從而告訴你遠(yuǎn)在數(shù)光年外的粒子的信息。但你不可能在測(cè)量的過(guò)程中不破壞糾纏，而一旦糾纏被破壞，那就意味著，不管結(jié)果如何，你在地球上的粒子爲(wèi)+1或-1的概率都是50%，和若干光年外的粒子再?zèng)]有關(guān)係。
好比，我和我朋友，各在天邊，但手裡個(gè)持一個(gè)量子硬幣，他們一定一正一反。我可以通過(guò)我手裡的硬幣，知道對(duì)方的硬幣狀態(tài)。但我不能通過(guò)改變手裡的硬幣，從而改變我朋友手裡的硬幣（改是可以，但結(jié)果是隨機(jī)的。就像三體所說(shuō)的打檯球，被擊打的檯球是任意方向飛出去，只服從概率，不服從物理規(guī)律）。現(xiàn)在的量子通訊好像是另外一回事，好比是被發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)律，同時(shí)打兩個(gè)檯球，兩個(gè)檯球的方向雖然是任意的，但是這兩個(gè)檯球的夾角中心正是擊球的方向。那麼建立兩條鏈路，其中一條是普通鏈路，用於告知對(duì)方另外一個(gè)球的方向。這樣，真正的接收方可以通過(guò)量子態(tài)的檯球方向和穿過(guò)來(lái)的另一個(gè)檯球方向，得到有用信息（擊球的角度）。而竊聽(tīng)方無(wú)法得到量子態(tài)，所以無(wú)法竊聽(tīng)。有點(diǎn)羅嗦了，還是回到硬幣。我和朋友各有一個(gè)魔法硬幣（a和a‘），他們永遠(yuǎn)保持一個(gè)正，另一個(gè)是反的特性。我想控制硬幣的正反面，傳遞消息給我的朋友;但做不到，我不管怎麼小心的把硬幣放桌子上，硬幣堅(jiān)持它的隨機(jī)性，不確定的出現(xiàn)正面和反面。朋友自然沒(méi)辦法知道我傳遞給他的信息。後來(lái)我又找到一枚魔法硬幣（b），這枚硬幣有新的特性。就是我朝上一起扔它們（a和b），它們一定相同面;朝下扔它們，它們一定不同面。這樣，我通過(guò)打電話(huà)告訴我的朋友，每次扔硬幣以後，硬幣b的狀態(tài)。我朋友就知道我每次是怎麼扔的硬幣。雖然通訊速度還是打電話(huà)的速度，但是絕對(duì)保密。