2.6 量子“隐形传态”
在流行文学中,科幻小说作者用“隐形传态”来描述一个人或物体在一处解体而在另一处完美复制的现象。[70]隐形传态的机器好似传真机,只是它除了可处理文件外还能处理三维物体,它生成的是精确的副本而非近似的传真件,在扫描的过程中销毁原件。[71]
“量子隐形传态”是指量子态(当然,它们包含着信息)在一侧消失然后再出现于另一侧。有趣的是,由于信息不在物理载体上传播,因此并不以光脉冲编码——信息未在发送方和接收方之间传递,故无法被截获。信息在一侧消失,再出现于另一侧。[72]
过去,隐形传态的概念并未得到严肃对待,因为科学家认为其违反了量子力学的不确定性原理,即任何测量或扫描过程均无法完全提取原子或其他物体中的全部信息。[73]根据不确定性原理,对象的扫描越准确,扫描过程带来的干扰就越多,直至对象的原始状态完全被破坏,提取的信息仍不足以实现完美复制。[74]
虽然命名的灵感来自小说中常见的瞬间移动,但量子“隐形传态”的表述并不准确,其传递的内容仅限于信息而非物质本身。量子的隐形传态并非传输形式,而是沟通方式:提供了将量子比特从一个位置传输到另一个位置的方法,粒子实体无须随之移动。[75]
物理学家称之为隐形传态是因为亚原子粒子的位置、动量、极化和自旋等属性便是我们用以了解该粒子的全部内容。如果具有特定属性集合的粒子在一处消失,而具有完全相同属性的粒子又在别处出现,怎么能说它们不是同一个粒子呢?[76]
但如今众所周知,通过量子的隐形传态现象,物体中的这些过于脆弱、无法以常规手段扫描和传递的信息可被精准传递。[77]
这种“量子隐形传态”实际并不涉及真实物体的瞬间移动——它甚至压根不是真正的瞬间移动。实际上,科学家是以只能由两个观察者访问的方式发送光粒子的相关信息。这可能对未来的计算产生重大影响——将实现令人难以置信的数据加密。但以此技术实现的加密依旧遥遥无期。[78]
由于依赖经典通信技术,处理的速度不能超越光速,无法用于经典比特的超光速传输或通信。虽然已证明可在两个(纠缠的)原子之间实现一个或多个量子比特信息的隐形传态,在大于分子尺寸的任何物体间的传输仍未实现。[79]
但该技术的重要性不应受到影响:墨子号量子隐形传态实验的工作距离可达870英里(1 400公里),约为之前记录的8倍。此外,至少有一位研究人员表示,到达卫星的隐形传态能力代表了在技术开发的巨大飞跃,有望重塑现代世界。[80]
尽管已经建立了一些小规模的量子互联网,但它们使用的是光缆(而非卫星),与传统计算机的接口也往往牺牲了速度和安全。[81]
为使全球量子互联网正常运转,一些实体必须弄清楚如何提高其量子互联网信号的保真度。同样,商用量子计算机和量子路由器需要价格合理、可靠且最终可用,以充分发挥量子互联网的速度和安全优势。[82]