「量子隱形傳態」實驗：能實現科幻中的超時空傳輸嗎？

科技 08-17

新華網北京8月16日新媒體專電(記者喻菲楊春雪高杉)科幻電影《星際迷航》講述了人類這樣一個夢想：宇航員在特殊裝置中平靜地說一句，「發送我吧，蘇格蘭人」，他就瞬間被轉移到另一個星球。

中國16日成功發射了世界首顆量子衛星，科學家將在「世界屋脊」西藏阿里和這顆衛星之間開展「量子隱形傳態」實驗。這與《星際迷航》中的超時空傳輸很類似。當然，它們並不相同――在中國科學家開展的量子隱形傳態實驗中，被傳輸的是信息而非實物。

什麼是量子隱形傳態？

中國科學院院士、量子衛星首席科學家潘建偉喜歡用孫悟空的「筋斗雲」來比喻量子隱形傳態：「在古典四大名著之一的《西遊記》里，孫悟空一個『筋斗雲』就能越過十萬八千里。明朝的作家吳承恩怎麼也不會想到，幾百年後科學家已經在微觀粒子層面的實驗上驗證了『筋斗雲』這種超能力的可實現性。利用量子糾纏發展出的量子隱形傳態，可以將物質的未知量子態精確傳送到遙遠地點，就像孫悟空的『筋斗雲』一樣，可以實現從A地到B地的瞬間傳輸。」

專家解釋說，把粒子A的未知量子態傳輸給遠處的另一個粒子B，讓B粒子的狀態變成A粒子最初的狀態。注意傳的是狀態而不是粒子，A、B的空間位置都沒有變化，並不是把A粒子傳到遠處。當B獲得這個狀態時，A的狀態必然改變，任何時刻都只能有一個粒子處於目標狀態，所以並不能複製狀態，或者說這是一種破壞性的複製。

中國科學家的突破

量子隱形傳態是1993年由六位物理學家聯合提出的。1997年潘建偉的老師、奧地利物理學家蔡林格帶領的團隊首次實現了傳送一個光子的自旋。他們在《自然》上發表了一篇題為《實驗量子隱形傳態》的文章，潘建偉是第二作者。這篇文章後來入選了《自然》雜誌的「百年物理學21篇經典論文」，跟它並列的論文包括倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論、沃森和克里克發現DNA雙螺旋結構等。

事實上，在量子態隱形傳態的漫長旅程中，每一點距離的進步都可以被視為一座里程碑。雖然最初的傳輸距離僅為數米，但美國《科學》雜誌的評語是：「儘管想要看到《星際迷航》中『發送我吧』這樣的場景，我們還得等上很多年，但量子態隱形傳態這項發現，預示著我們將進入由具有不可思議能力的量子計算機發展而帶來的新時代。」

但接下來，發展並不算順利。直到2004年，蔡林格小組才利用多瑙河底的光纖信道，將量子隱形傳態距離提高到600米。2009年，潘建偉的研究組與清華大學合作，在北京八達嶺與河北懷來之間實現了16公里的量子態隱形傳態，相當於此前世界紀錄的27倍。2012年，潘建偉和他的團隊實現了100公里自由空間的量子態隱形傳輸。

2015年，潘建偉團隊首次實現單光子多自由度的量子隱形傳態，首次證明了一個粒子的所有性質在原理上都是可以被傳輸的。完整意義的量子隱形傳態，應該說是2015年才實現的。

英國物理學會新聞網站《物理世界》評選的2015年度國際物理學十大突破中，潘建偉團隊的這一成果位列榜首。這是在中國本土完成的研究工作第一次獲此殊榮。

實物的瞬時傳送還是科幻

潘建偉團隊的這一突破可以看成是量子隱形傳態從一到多的里程碑，預示著以後可能把更複雜的多體系統的信息一次給傳輸走。換句話說，《星際迷航》中人體「瞬時傳輸」技術在遙遠的未來，或許可以實現。

「大家都想離開太陽系去看看，但畢竟壽命是有限的，如果我們坐目前的宇宙飛船的話，人類還沒飛出去，生命就結束了。我們將來如果以這種量子隱形傳態的方法星際旅行，是可以光速進行的。」潘建偉說，不過，要傳送更為複雜的東西現在還是一種科學幻想，近期肯定不可能實現。

《生活大爆炸》中謝耳朵曾經談到過「瞬間傳輸」的倫理問題：「如果我能夠在此地被摧毀，然後在異地重建，那麼使用了不同原子重建的我，還是我嗎？」

暫時還不用擔心這個問題。科學家的研究距離宏觀物體的遠距傳輸還差得很遠，而目前量子隱形傳態研究的主要應用在於量子通信和量子計算。

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