量子疊加：兩個人用一個光子實現信息互換

量子物理學再下一城。

單個量子粒子可以同時向兩個方向傳遞信息——這在經典物理學中是完全不可能的。這意味著粒子本質上可以攜帶自身未曾攜帶的消息，這令人頭暈腦脹的表述要感謝被稱為疊加態的量子不確定性。

疊加，表明一個粒子可以同時佔據兩個位置，這就是雙向通信的基礎。

單個光子可以在兩個人同時之間傳遞消息，接收到信號的同時，令發送方也獲取信息。

根據參與研究的科學家表示，不僅如此，量子通信技術不但比我們現在的消息系統更安全，也可能更高效。

「如果我們想在A點和B點之間傳輸信息，似乎很明顯地，無論存儲和傳輸這些信息的對象都必須依次出現在所有這些位置，」奧地利維也納大學的一位工作人員Flavio Del Santo說，「但是，如果我們將物理載體編織進這些位置的量子疊加中，它就可以同時收集，存儲和攜帶來自不同位置的信息，這是一種不可思議的能力。」

換句話說，就像能夠一次同時訪問你的兩個朋友，並傳遞消息一樣，而不是先拜訪一個朋友，然後再訪問另一個朋友，再回頭將後者的近況轉告前者。

來自奧地利科學院的Del Santo和他的同事BorivojeDaki?根據他們的理論推導發表了一篇論文，隨後又通過一個實驗來展示這個想法。

要理解它的運作機理的，需要進入量子力學的複雜世界。

Alice 和 Bob 兩人各自位於不同的位置A和B。在經典物理學中，Alice 和 Bob 想要使用光子進行通信，必須每個人向對方發射攜帶消息的光子，為了簡化討論，假設其中每個光子所攜帶的單比特消息要麼為0，要麼為1。

但是，如果Alice 和 Bob 擁有同一個處於疊加態的光子，他們都可以對這個光子進行編碼(0或1)，在編碼之後再將其發送回給對方。而他們為光子編碼的方式決定了誰最終能收到到這個光子：如果 Alice 和 Bob發送的編入光子的消息都是1或0，那麼最終光子會去往Alice處；反之，光子會被 Bob 收到。由於他們各自清楚自己編碼的是0還是1，因而通過自己是否截獲光子就能判斷出對方傳遞過來的是1還是0。

Del Santo論文圖示，處於疊加態的光子最終只有一個會落到現實被人接受

為了通過實驗來驗證他們的奇思妙想，Del Santo和Daki?製造了一個疊加狀態的單光子，用相距一段距離的兩面鏡子和其他光學設備代表Alice和Bob。

在A和B端處生成編碼0或1的光子後，它被發送到對面的站點——當光子沿著它自身相互作用時，放大或減弱它的信號，來確定哪個站點可以接收到光子。

該實驗尚未得到同行的評審，但可在預印本伺服器arXiv.org上閱讀。這是量子力學改變我們的思考以及生活方式的另一個有力證據。

「有時候你忽略了一個很酷的想法，它就在你的鼻子底下。」參與後續實驗的維也納大學物理學家Philip Walther對科學新聞周刊說。

該研究的理論部分已經發表在《物理評論快報》上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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