地星間量子態的「瞬間傳輸」是什麼鬼？可以傳輸人嗎？

較真要點（趕時間？只看要點就夠了）：

1、雖然科幻電影中人的「瞬間傳輸」還是個夢，但中國科學技術大學潘建偉團隊已經實現了地面與量子衛星「墨子號」之間量子態的「瞬間傳輸」——量子隱形傳態。不過，很多不專業的科普文章將量子隱形傳態描述為科幻片中可以超光速傳遞信息的手段，然而它並不存在這一能力。另外，量子隱形傳態傳遞的並不是物質本身，光子並沒有千里迢迢地跑到另一處。

2、潘建偉團隊還實現了地星之間的「量子密鑰分發」。量子密鑰分發是一種理論上絕對安全、不可被竊聽的加密方法。

3、新聞中提到的量子衛星「墨子號」，並不是指衛星處於量子狀態，而是指這顆科學衛星的主要任務是與地面協同完成量子領域裡的科學研究。除此之外，「墨子號」衛星與其他衛星在結構上並無區別。

4、量子隱形傳態和量子密鑰分發是未來建立大規模全球化量子網路的關鍵環節。量子網路可以用於實現量子通信（更加安全可靠）和分散式量子計算（計算能力更強）。

查證者：趙琦 | 清華大學交叉信息學院博士生

在量子科學實驗衛星「墨子號」升空一年後，中國科學技術大學潘建偉教授帶領的團隊聯合其他多家國內重要科研機構在國際上首次實現了地面與「墨子號」衛星之間的量子密鑰分發和量子隱形傳態，其相關結果發表在國際權威雜誌《自然》（《Nature》）上。在此之前，「墨子」衛星實現了量子糾纏分發和貝爾不等式違背的驗證，這一創舉發表在另一國際權威雜誌《科學》（《Science》）上。在這裡我們將針對其中的一些相關概念以及常見誤區進行簡要介紹。

量子衛星「墨子號」和其他衛星有什麼不同？

可能很多人對量子衛星會產生誤解，這裡所說的量子衛星並不是指衛星處於量子狀態，而是指這顆科學衛星的主要任務是利用其攜帶的能發射量子態的裝置，與地面的量子通信，協同完成量子領域的科學研究。除此之外，「墨子號」衛星與其他衛星在結構上並無區別。

「墨子號」此次主要有三個科學實驗任務：1、量子糾纏分發以及貝爾不等式的驗證；2、量子密鑰分發；3、量子隱形傳態。

成果一：實現千公里級「量子隱形傳態」。可以理解為量子態的「瞬時傳輸」，但並非科幻片中可以超光速傳遞信息的手段

量子隱形傳態就是利用量子糾纏將一個未知的量子態只通過經典信道傳送到另一個遙遠的地點。「量子糾纏」是量子力學中反直覺的現象之一，通俗來講，就是兩個相隔很遠的粒子，他們擁有某種「神奇的默契」，可以在沒有任何通訊的情況下呈現出一致的狀態。如果其中一個量子的狀態發生改變，另一個量子的狀態也會瞬時發生相應改變。「量子糾纏」曾被愛因斯坦評價「鬼魅的超距作用」。

潘建偉團隊實現量子隱形傳態的大概過程如下：假設有1，2，3個光子，2和3是糾纏光子對（擁有某種「神奇的默契」），1是想要傳輸的量子態，1、2在地面站，3分發給「墨子號」衛星。通過對1、2共同進行測量，並將結果發送給衛星，3根據收到的測量結果經過處理後會變成1最開始的樣子。也就是說一個與光子1狀態幾乎一模一樣的光子，出現在了衛星上。

電影《星際迷航》經典對白：Beam me up, Scotty（把我傳送到飛船上）

注意，量子隱形傳態傳遞的並不是物質本身，光子並沒有千里迢迢地跑到另一處。相反它是利用一端的信息在另一個很遠的地方將原先的量子態重塑出來，而原先的量子態會因為測量遭到破壞，因此它與量子不可克隆原理並不矛盾。需要注意的是很多並不專業的科普文章將量子隱形傳態描述為科幻片中可以超光速傳遞信息的手段。然而事實上，它並不存在這一能力，假如千里之外的某人想要將她手中的量子態傳遞給我，我需要通過電話，互聯網等經典信道接受到她的信息後，經過相應的後處理我們手中的量子態才會坍縮成想要傳遞的目標態。

成果二：實現千公里級量子密鑰分發，量子密鑰分發是一種理論上絕對安全、不可被竊聽的加密方法

在地面上的量子密鑰分發系統已經可以達到百公里量級，而此次的地星量子密鑰分發最遠通信距離可以達到1200公里。

量子密鑰分發是一種基於量子力學原理可以提供無條件安全密鑰共享的方法。通信的用戶們在擁有安全且相同的密鑰後再對自己的信息進行一次一密（one-time pad），從而實現安全通信。需要注意的是由於信道的損耗，量子密鑰分發的是密鑰而不是信息本身。一般在量子密鑰分發中，密鑰被編碼在處於疊加態的物理系統中，例如單光子。信道中的竊聽者由於不可克隆原理無法直接複製量子態，想要獲取密鑰的信息不可避免地會對系統造成擾動，這一擾動會被通信雙方發覺從而安全性得到的保證。

所以相比於傳統通信，量子通訊更加安全可靠。用戶之間可以通過量子網路完成量子密鑰分發，使用密鑰對通信進行加密。量子通訊的安全性不再依賴演算法的複雜性，而是基於量子力學的基本原理，如量子不可克隆原理，海森堡不確定性理論。

量子隱形傳態和量子密鑰分發是未來建立大規模全球化量子網路的關鍵環節

在「墨子號」之前，量子隱形傳態的相關實驗技術經過了多年發展。但是由於光纖的損耗，最遠的傳輸距離只能達到100公里量級。而「墨子號」的此次實驗完成了1400公里距離的量子隱形傳態。與地面上使用光纖的這一傳統傳輸方式不同，「墨子號」與地面的通信中大部分的信道是真空組成，光在真空中不會產生損耗，這大大提高了傳輸距離。

長距離的量子隱形傳態被認為是建立大規模全球化的量子網路的重要環節。量子網路可以用於實現量子通信（更加安全可靠）和分散式量子計算（計算能力更強）。所以「墨子號」的成功只是一個開始，未來還會有更多激動人心的成果等著我們。

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