量子隐形传态：传送我！

被称为量子力学的物理学前沿领域是 21 世纪的新“火箭科学”。当我们努力理解构成我们周围宇宙的最小物质粒子通常奇怪的行为时，量子研究一直是新理解的源泉。

目前，世界各地的计算机科学家正在努力利用这种固有的量子能力来开发量子计算技术。科学界和商业界看到了量子计算（QC）的巨大可能性，但尽管纠缠是一个经过验证的概念，但仍有许多难题需要解决。数十家大公司和初创公司以及每个拥有必要专业知识的国家都参与了量子竞赛。仅美国空军就已经在量子研究上投入了超过 50 亿美元。

总部位于不列颠哥伦比亚省的D-Wave 等公司已经在销售使用量子计算机来补充经典计算机系统的服务。就 D-Wave 而言，他们实际上销售一种名为 D-Wave 2000Q 的量子计算机模型。

量子计算机不像传统数字计算机那样使用由 0 或 1 表示的位来存储信息，而是使用量子位或量子位将信息编码为 0、1 或同时编码为 0、1 或两者。这种状态的叠加，以及纠缠和隧道效应等其他量子力学现象，使量子计算机能够同时操纵大量的状态组合。

— D-Wave 系统

量子位可以表现出一种称为量子纠缠的特性，其中两个量子位神秘地联系在一起，无论它们在物理世界中相距多远，并对彼此的状态做出反应。利用这一性质，我们可以测量一个量子位，同时能够了解其纠缠量子位的性质。埃尔文·薛定谔于 1935 年发现了量子纠缠，并与阿尔伯特·爱因斯坦一起进一步阐明了它。爱因斯坦将纠缠称为“幽灵般的超距作用”。

我们的计划是，到 2020 年，或者最快明年，实现“量子霸权”，计算能力是全世界现有计算机总和的 100 万倍。

— 潘建伟，中国科学技术大学副校长

量子纠缠还促进了对量子隐形传态的研究。通过将先前纠缠的粒子放置在不同的位置，我们可以使用传统的通信方法将一个粒子的状态发送给纠缠的伙伴，无论它们相距多远。

通常，一旦进行测量，粒子就会失去其纠缠特性。然而，情况可能并非总是如此。一些研究人员相信他们可以使基于量子纠缠的过程更加高效：

…一对纠缠粒子可以一次又一次地“催化”其他纠缠对之间的某些“反应”，因为它返回时没有改变。通过这种回收，量子计算或密码学中的操作可能需要更少的纠缠对才能运行。

—罗伯特·加里斯托

第一次使用光子的实际实验于 1998 年在加州理工学院进行，将一米距离内的一个光子的状态传达给其纠缠的伙伴，并成功复制了第一个光子。科学家们必须使用 3 个光子来实现这一目标：一个将被“传送”[A]，一个用于传输 [B]，另一个与传输光子纠缠 [C]。本质上，C 变成了 A。

2012年，我们实现了一项里程碑式的壮举，中国研究人员能够传送第一个“宏观”物体——一亿个铷原子的量子态。

2017年，中国科学家将一个光子的量子态信息发送到一颗距离地球870英里的轨道卫星。该信息被检测到，然后转发给光子的纠缠伙伴，然后该伙伴成为其在地球上的伙伴的“镜像副本”。随后，同一研究小组逆转了这一成就，并将纠缠光子态从卫星发送到两个地面站。这些壮举是量子隐形传态迄今为止被证明的最远距离。

值得注意的是，我们在这些实验中并没有像使用传真机那样发送实际数据。所发生的情况是，我们正在测量纠缠粒子的状态，尽管它们之间的距离很远，但它们还是相关的。在我们观察之前，我们不知道这些状态是什么。

虽然迄今为止的物理定律不允许出现《星际迷航》或《苍蝇》中所见的隐形传态，但量子隐形传态有许多可能的用途，这将使我们受益。最令人惊奇的应用程序之一可能允许我们在某个遥远的世界中构建自己的副本。

考虑一下：我们首先扫描一个人，然后创建一个类似“傀儡”的原子集合，其中包含在我们的人类受试者中发现的所有粒子。接下来，“魔像”和原物的粒子纠缠在一起。傀儡被送往离我们最近的可能适合居住的外星世界之一，也许是在半人马座阿尔法星，几十年前我们的地球化技术一直在那里努力工作。最后，一旦我们的傀儡到达邻近的恒星系统，我们就会对地球上的人类对象进行观察，并将这些信息跨越光年发送到等待的原材料。傀儡接收到数据并符合我们对对象的观察，成为非常遥远的地球人类的精确复制品。

量子隐形传态的另一个令人惊奇的用途是量子互联网，这并不是那么牵强。这将使用户能够在网络上的量子纠缠节点之间进行通信，从而允许通过量子密钥分发发送不可破解的信息。

现实情况是，由于我们在未来 10-20 年的量子研究，我们可能会看到一个从根本上更强大的互联网，并且能够充分利用量子计算。这将增强我们生成大量模拟和优化的能力，帮助我们更快地迈向未来。从长远来看，随着人类扩展到其他太阳系，量子隐形传态可能对于某种银河网络中的点对点通信最有用。

而且，也许下个世纪的某一天，我们可能会在某个遥远的世界上重建人类意识。