隱形運輸——追趕光速的運輸速度 會成為不久的現實嗎?

2020-11-08 戴面具的塵



人類大約在5000多年前發明了輪子,從那以後,人與人之間的距離變得越來越近,各個民族和國家之間的溝通交流也越來越多。到了今天,汽車、飛機等現代交通工具把我們的地球變成了「地球村」。而網際網路的應用更是使得「天涯若比鄰」這句話成為現實。


但是,你有沒有想過,我們能不能不憑藉任何交通工具直接從家裡去海邊度假:甚至比電波的光速還要快,瞬間就可以從地球到達遙遠的火星?這大概可以算作是人類的終極夢想,就像武俠小說中提到的「乾坤大挪移」的功夫,人可以在不同的空間位置之間來往穿梭。這就是引人關注的「隱形傳輸」技術。

這種技術的原理是在A點提取物體的全部信息,將這些信息傳送到目的地,然後在目的地B點選取構成原物體的基本粒子,比如光子或原子,按照接收到的信息造出一個完全一樣的物體。由於光子的運動速度為光速,這種傳輸的速度同樣為光速。



正如愛因斯坦一句著名的話所說:「如果在剛開始這個想法聽上去就不荒謬,那麼這個想法就沒有希望變成現實!」隱形傳輸不是痴人說夢的臆想,科學界目前正在從事這方面的研究,並且已經取得了令人鼓舞的進展。當然,目前的研究還只是停留在量子水平上,但也是一個非常良好的開頭。


上世紀90年代,科學界就開始討論隱形傳輸在現實世界的可能性。著名物理學家查爾斯.本耐特和他的研究者們在美國物理學會的年會上提出,量子隱形傳輸是可以實現的,前提是消滅被傳輸的物體。之後所進行的一系列實驗證明了量子隱形傳輸的可行性。



1998年,加州理工學院的研究人員和兩個歐洲的研究小組成功地實現了一個光子的隱形傳輸。加州理工學院的研究者們讀取了一個光子的信息,將這些信息穿過1米長的電纜,然後複製出了一個相同的光子。如他們所預期的那樣,當新的光子被製造出來之後,原來的光子便不復存在了。

這和查東斯木耐特的構想完全一樣, 在我們傳輸一個光子之後,原有的光子已經消失,而傳輸後的光子是一一個新造的光子。隨後,澳大利亞學者也成功地完成了隱形傳輸實驗,他們將雷射進行了隱形傳輸,進一步驗證了隱形傳輸的可行性。



我國科學家也在這方面取得了進展。《自然物理》以封面文章的形式發表了一項研究成果,稱我國科學家潘建偉領導的中國科大研究小組同德國、奧地利等國的同事進行了約十年的合作。他們的一項實驗成果顯示,不僅兩個光子的量子態能被精確傳輸,兩光子系統中的各種關聯關係也能被精確傳輸。

該實驗不僅在國際上首次成功地實現了複合系統量子態的隱形傳輸,而且第一次成功地實現了六光子糾纏態的操縱。最近,丹麥科學家首次通過將物質轉化成量子信息,以光子為媒介實現遠距離傳遞。據路透社報導,丹麥哥本哈根大學尼爾斯波爾學院的尤金.波爾濟克教授,以及他領導的團隊首次把物體轉化為量子,並通過光子成功實現傳送。



在這之前,物理學家還只能做到讓三四個原子彼此糾纏。波爾濟克和他的同事們已經實現了這種為隱形運輸做好準備的狀態:他們使兩個包括數十億銫原子的銫原子團糾纏在一起。 接下來他們需要做的只是利用雷射束對第三團原子進行複製,進行實際的運輸。

「這向前邁進了一大步,因為光子和物體是兩種完全不同的物質:一種是信息傳遞的載體,一種是儲存媒介。」波爾濟克教授在接受採訪時解釋說:「我們的方法允許在更大距離實現量子傳送,因為我們使用了光子作為載體。」「這是在兩個地點之間真正實現量子信息傳送。量子信息與傳統信息不同,它不可計量。其擁有更大的信息存儲能力,而且無法被截獲。因此使用量子信息傳遞將非常安全。」


波爾濟克團隊取得的成績仍然具有局限性,比如只能運輸原子團整體的磁性。儘管存在這些局限,有些物理學家認為,人類很快就能運輸整個分子的所有細節,或許最終能運輸像細菌這麼大而複雜的物體。

既然在理論上可行,技術上也有正確的途徑,那麼更大的物體,例如人體,是否也有可能進行隱形傳輸呢?從技術角度來說,現在我們還不具備這樣的能力。我們已經知道,構成一個人體大概有要10的28次方個原子,完成一個人的傳輸, 就意味著我們使用的「傳輸機」能夠對所有這些原子進行標記和分析,然後把這些信息傳到零點, 再利用這些信息造出一個人來。


這就出現了問題,成千上萬的分子不能有一毫米的錯位,否則可能就意味著這個人出現某種生理缺陷;在傳輸過程中,某些不可控的未知因素也有可能使得傳輸中斷或者失敗。最後,人類的倫理也不會允許這樣的行為,因為用這種方法旅行,一個人旅行一次就要被「消滅」一次。那個新生的人是否和之前一樣,誰也不知道,這裡面有巨大的風險。



這樣看起來,隱形傳輸最現實的應用還是在沒有生命的物體範疇之內最為可靠。即使這樣,隱形傳輸呈現的前景還是令人激動。人類對宇宙的探索完全可以交給機器人去做,隨著技術的不斷進步,我們對這項技術的認識也將不斷提高,可能有一天我們發現這些問題跟我們想像的完全不一一樣, 人類終將解決這個終極的傳輸之謎。」

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