華商專訪|大開腦洞!量子隱形傳態有多神奇

2021-01-17 華商網

　　A和B間進行量子隱形傳態的過程：

　　A擁有的光子1和B擁有的光子2之間是糾纏對，構成量子通道(通過量子衛星實現)

　　通過對光子1、量子態3共同進行測量，測量後量子態3隱形，光子1變化

　　A將測量結果用經典通道（如電話）告知B，B根據收到的測量結果，經處理光子2變成光子1最開始的樣子

　　而這之間的形態變化都是超光速

　　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、彭承志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」——量子隱形傳態和量子密鑰分發。

　　這是繼今年6月實現千公裡級星地雙向量子糾纏分發和量子力學非定域性檢驗後，我國科學家利用「墨子號」實現的又兩項重大突破。

　　星地量子隱形傳態成功有什麼意義？是否意味著距「瞬間轉移」實現已經不遠了？華商報記者近日專訪了西安交通大學理學院應用物理系博士湯衛東。湯衛東從事量子信息理論研究，2006年到2013年曾在潘建偉院士的研究團隊學習、工作。

　　打開腦洞

　　來認識量子微觀世界

　　在量子的微觀世界，很多規律和我們宏觀世界很不一樣，「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，它們擁有某種「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。

　　而「量子隱形傳態」就是量子糾纏的一種奇妙應用。它可以使量子信息或者稱為量子態在某處消失，隨後在遠處重現，有點像神話中的「瞬間轉移」。但值得注意的是，量子隱形傳態傳遞的並不是物質本身，光子並沒有千裡迢迢地跑到另一處。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。

　　也因為量子不可克隆，信道中的竊聽者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，且加密內容不可破譯。因此，基於「量子密鑰」的量子通信，是一種「原理上無條件安全」的通信方式。

　　量子糾纏的關聯速度可超過光速

　　華商報：什麼是量子？量子有哪些神奇的的特性？

　　湯衛東：量子就是各種物理量比如能量、動量等的最小單元。量子力學的神奇，首先體現在疊加態。不是指多個量子態疊加在一起，而是指單個量子態可以同時存在好幾種狀態，好比會「分身術」，甚至還可以是完全相反的狀態，比如薛丁格的貓可以「既死又活」。依靠這一點，可以幫計算機實現並行計算，極大地提高運行速度。

　　其次，我們可以製備出一種叫做糾纏態的量子態。這種量子態帶有一種奇妙的關聯，測量改變其中一個量子態的狀態，另一個的狀態就會瞬間改變，無論兩者距離多遠，哪怕一個在地球，另一個在月球。這種關聯產生的速度超過光速，被稱為量子的非定域性。這是科學中最奇特的現象之一，甚至連愛因斯坦都不能接受，稱之為「鬼魅般的超距作用」。

　　除了量子疊加、量子糾纏之外，量子態還有個特點：不可克隆，利用這些性質可以製作出最安全的密鑰，讓信息傳輸變得更安全。

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