文章轉載自：新發現雜誌
人類發明了多種交通工具，力圖克服空間的障礙，卻仍然無法滿足需求……還有沒有更快捷的辦法移動我們沉重的肉身？
追求高速，當然不能止步——在浩瀚的宇宙中，哪怕用光速飛行都會耗時彌久。怎樣才能更快地位移呢？比光速更快的，只有思想了……
思想比光速更快，只是一種比喻啦。不過我們人類的想像力真的很強大！不少科學技術，最初就來自於一個幻想。但是，在這個話題上，我們碰到的是物理學的玻璃天花板。
很多科幻小說和科幻電影都描述了「瞬間移動」。電影《心靈傳輸者》的主人公神奇地具備這一能力，只要他想像出目的地，就能瞬移到那裡。
電影《X戰警》、美劇《英雄》中，都有這樣「逆天」超能力者。可能每個在交通高峰期以各種受難的姿勢擠在超載車廂裡的人，心裡都會冒出這樣的念頭吧。
瞬間移動，速度無窮大，秒殺世間任何物理規則——多美妙啊。不過，這麼神奇的事情，當然不可能發生啦。導演自己也明白，所以根本就沒打算說明為啥主人公就具有這種蓋世神功。死心吧，那不科學！
心靈瞬移不可能，那發明小叮噹的如意門怎麼樣？這麼Q的名字，簡直太丟智慧生物的臉了，那叫「時空門」！《變形金剛》和《復仇者聯盟》裡，復仇者都召喚出了時空門，把自己的小弟拉來幫忙打群架。
你要是不會這門手藝，你都不好意思當反派老大。這些電影雖然用「能量棒」、「扭轉磁場」等牛皮哄哄的名詞忽悠觀眾，嘗試給瞬間轉移披上合理的外衣，但還是掩蓋不了它們妖術的本質——太胡作非為了！這些情節你得當魔幻片看，千萬別說是科幻！
物理學給物體移動的速度設定了一個上限：光速。任何有質量的物體都不可能達到或者超過光速，只能無限接近光速。要把一個物體加速到接近光速，需要耗費大量能源；越接近光速，所耗費的能量越大，因為越來越多的能量被用來提高物體的質量，而非用來提高物體的速度。
將宏觀物體加速到接近光速很困難，物理學家們不是有辦法可以將微觀粒子加速到接近光速嗎？能否從這個角度動點手腳呢？
在著名的系列科幻影視作品《星際迷航（Star Trek）》中，描述了這樣一種傳輸方式：當飛船上的乘客想進入其他飛船，或者在星球上著陸時，他們會進入飛船內部的傳輸控制室。
隨著操作人員的一句「Energize」，乘客的身體被逐漸分解為一堆閃爍的粒子，從控制室中消失；幾乎與此同時，在乘客目的地，一個相同的粒子團出現，逐漸穩定成形，最後完整地復原出乘客來。從電影畫面來看，這個「分解-複合」過程只花費了短短幾秒鐘。
除《星際迷航》外，電影《宇宙通緝令》中也有類似的設想，在這些影片中，被傳輸的人和貨物先是被分解成數量眾多的微觀粒子，它們被加速到接近光速，並定向發送到目的地，重新組合出來。
這種方式非常接近科幻小說的鼻祖瑪麗·雪萊夫人的《弗蘭肯斯坦》：將人碎屍萬段，然後採用技術手段重新拼接出來——不過那成品的樣子，相當地不美觀。
其實，從物理上來說，沒必要把組成人的粒子直接傳輸過去。我們都知道，在宇宙中任何地方，同一類型的基本粒子彼此間是完全相同的，仙女座星雲的電子和地球上的電子沒有區別。
因此，只要我們能夠把組成生命體的那些基本粒子在某一時刻所具有的狀態測量清楚，就可以採用大功率天線等傳統方式，將這些狀態信息以電磁波的形式光速向目的地傳輸；目的地接收到信號後，可採用當地相同的基本粒子，根據這些信息進行重新組合，「生產出」被傳輸的乘客。整個過程中根本不需要將實物粒子進行傳輸和接收，系統的複雜程度和所消耗的能源將大幅減少。
只要我們先發射出搭載著傳輸器的無人飛船，抵達目的地之後開啟傳輸器，無數的人員和裝備就可以源源不斷地以光速運輸過去。對於星際旅行來說，這一技術是人類這樣嬌弱的生命形式穿越嚴酷的星際環境、跨越近乎無限的時空尺度的理想手段。
這個技術與3D列印有點相似。3D列印只對物體的形狀和結構進行三維建模；而在這裡，我們需對待傳輸的人體徹底地分解和建模，再異地進行完整列印。從複製和重建的角度來說，這種物理建模和3D列印，比生物學上的克隆更加本質和純粹。
有了這種建模，只要樂意，你可以克隆出任意多個克隆體來，不過這會帶來一些頗為有趣的自我認知問題——在施瓦辛格的經典影片《第六日》中，複製人和母本都認為自己才是真的。
那麼，這種將生命分解為基本粒子，並在異地完整再現的裝置，在物理上能否實現？
要把一個人通過這種方式運送出去，難度當真不小。首先遇到的一個問題是：我們需要對人體測量到什麼精度？
普通3D列印中，要複製一個樣品，只需測量樣品的幾何信息，觀測越細緻，複製品所達到的精度越高。生物學上的克隆，是複製人的基因，能重現出與樣品幾乎相同的生物特徵。而物理學上對生命的複製則是真正的複製，是全方位的：不僅複製軀體，還包括記憶、意識和情感等重要生命特徵。
問題是，我們尚不清楚生命的奧秘。比如，意識的物理學起源——究竟在什麼物質層次上產生了人的意識和諸多其他深層功能？是細胞，還是分子、原子層次？今天，這類問題還未獲得真正的解答，在這裡，我們暫且從原子的層次來考察生命的複製。
我們且估計一下人體原子所包含的信息吧。精確描述一個原子，需要記錄原子的位置、種類、原子之間的關係、它所處的振蕩狀態、能量水平等信息。這些信息，即使測量精度不高，也需要大約1000位元組來描述。人體由大量原子構成，描述其所有原子的信息，需要大約1031個字節。
這個數量有多大呢？目前地球上全部圖書所包含的信息約為1015位元組，約為上述信息的1016分之一；倘若採用超大容量的100TB硬碟來存儲這些信息，約需1017張硬碟；平鋪起來，這些硬碟可以蓋滿整個地球表面！
即使不考慮上述技術問題，如何才能同時對海量原子的狀態進行測量？在原子尺度，支配性的物理規律是量子力學，它的一個基本原理是「海森堡測不準原理」：不可能同時精確測量出物體的所有物理量，測量某些物理量時會對體系帶來幹擾，使另一些物理量發生改變。如果我們想以極高的精度測量出一個粒子的準確位置，那麼所有關於它的速度的信息就會丟掉，反之也如此。
由於每次測量之後，系統的狀態都會發生變化，因此，有意義的測量必需是「一錘定音」的，你必須一下子把所有物理量都測量出來，而這違反了測不準原理。可能你會想，能否先把物體完美地複製下來呢？這樣，只需每次測量其中的部分信息，最後再把所有信息匯總。為了對付你這一招，量子力學提前為你準備了「量子不可克隆原理」：你不可能把一個量子體系精確地複製出來。
以上這些攔路原理，《星際迷航》的編劇們心知肚明，為了迴避這一問題，他們乾脆在影片中設定了一臺「海森堡補償器」，至於這臺驚天地泣鬼神的補償器到底是如何克服量子力學基本原理的，編劇們表示壓力很大，拒絕透露。
如果複製生命，需要嚴格依賴於對生命微觀結果的完整信息的了解，那麼它是不可能的。
不過，正如我們所知，微觀狀態的稍微改變，未必會影響到生命的本質特徵，比如頭上缺少幾根毛髮，指甲長度增加幾納米，對生命的複製未必會有太大的影響。
當然，如果改變程度太大——科幻小說《蠅人》中的主人公就悲劇了：他將自身進行分解時，不小心把掉進分解器中的蒼蠅也分解掉，原子重新組合時，發生了建模上的錯誤，人和蒼蠅的信息混在了一起，他成了半人半蒼蠅的怪物。
那麼，這種模糊性到底在多大程度上是可行的？目前，沒有任何量子力學測量理論成熟到能準確回答這一問題。在簡單意義上以極高的精度來複製生命，從原則上來說是做不到的。
但是，如果不試圖去測量出物體的所有信息，反倒可以在異地重現該物體所具有的信息來，從而實現對信息甚至物質的遠距傳輸。這項工作不僅理論上可行，技術上也正在逐步成熟。
實際上，全世界不少實驗室正在競爭，爭相將更複雜的物體——比如光子和原子等，在更遠的距離上傳輸。多位華人物理學家——比如中國科技大學潘建偉教授等學者還是這一領域中的佼佼者。這項工作，叫做量子隱形傳態（Teleportation）。
這一切依據的也是量子力學理論。在量子力學中，微觀粒子有一個奇特的特徵，它們總是嘗試所有可能的途徑，試圖同時處於所有的狀態。
看看下圖的電子雙縫幹涉實驗吧：經典的粒子（如一顆子彈）通過狹縫時，總是會挑選A、B兩縫中的一條；電子則不同，它會同時處於兩條狹縫中。
經典世界中，一個單色球要麼是紅色，要麼是綠色；而一個量子球卻可能同時處於紅色和綠色狀態，就像是50%的紅色和50%的綠色的混合。
微觀物質也不會局限在時空某一個特定位置，它會嘗試同時處於宇宙中任一處，像波一樣彌散在整個空間，這就是物質波。有些人很難忍受量子力學的這些特性，於是他們把微觀世界這些似乎是矛盾的狀態放大到宏觀尺度，提出了著名的薛丁格貓假設：把貓和一個會隨機釋放出毒藥的裝置關在一起，讓貓處在既非生、亦非死的狀態中。
只有當我們去觀察它時，才會從糾纏在一起的各種不同的可能性中產生出一個獨一無二的現實。你無法事先說出貓是死是活，只能判斷貓兒死或活的概率。薛丁格貓是對量子疊加的一種哲學思考，一問世就讓當時所有的物理學大腕們「半死不活」。
在量子力學的世界中，一個單獨的粒子可能同時出現在兩個地點上，或者說——兩個分離的粒子實際上是同一個粒子，我們稱這對分離的粒子處於糾纏態。一對互相糾纏的紅綠色球，當一個為紅色，另一個必然是綠色。這種糾纏關係是超越時空的，即使另外一個球在仙女座星雲中，這種關係還是牢不可破。
在無人去觀測之前，兩個球處於顏色糾纏的狀態中，你不知道其中一個球到底是綠色還是紅色；當你去測定一個球的顏色時，其顏色可以被測量出來（如為紅色）；於此同時，另一個球馬上也失去了糾纏態：你立刻就知道它是綠色的，哪怕它位於很多萬光年之外。這種神秘的糾纏，給二十世紀後期的物理學界帶來很多亮色。
那麼，量子的糾纏態與物質傳送有什麼關係？真的傳送過去了嗎？
《星際迷航》系列作品問世20多年後的1993年，本奈特（C.H.Bennett）等物理學家提出了一個量子隱形傳態方案，可以將地球上粒子1的信息傳遞給仙女座星雲上的粒子3。
具體方法是利用量子糾纏態：我們先製作出一對處於糾纏態的粒子2和3，把2留在地球上，把粒子3發送到仙女座星雲中。我們可以對地球上的粒子1和2做一次聯合測量，測量過程中我們會得到粒子1的部分信息——比如說1和2的自旋狀態是相同的。這種可以直接測量出來的信息叫做經典信息。此外粒子1還有一些信息沒法直接測量出來，這些信息叫做量子信息。
量子信息雖然沒有直接被測量出來，但它們在你進行測量時會影響粒子2的狀態。由於粒子2和3是糾纏的，粒子3馬上也會受到一些特定影響，所以粒子1的量子信息其實在瞬間就到達仙女座星雲了。
不過，由於這些信息並不完備，要把全部信息傳遞到仙女座星雲，你還需要採用經典方式——比如通過高功率天線發射無線電信號，將你在地球上測量所獲知的經典信息也傳遞過去，之後，仙女座的物理學家才會獲知地球上粒子1的完整信息。根據這些信息對粒子3進行調整，就可以在粒子3上完整再現出粒子1的全部信息——相當於粒子1的狀態被轉移到粒子3上去了。
採用一些稍微複雜的方法，還可以將地球上粒子1的全部信息調製在仙女座星雲原來的粒子4上，如果粒子4的所有信息都與粒子1一樣，這就相當於把粒子1複製到粒子4上了。遺憾的是，和很多電影描繪的一樣，所有這些方案中，地球上被傳遞的粒子的原初狀態在測量階段中就已經被摧毀了。
任何設定了傳送門的電影都必需考慮這樣一個問題：你要把貨物傳送到某一目的地，你先得跑到當地去建造這樣一個門。量子隱形傳態也有同樣的麻煩：你必須先製造出大量處於糾纏狀態的粒子對，把它們相互分開，一部分留在地球上備用，一部分用運送或者發送到傳輸目的地，供後來傳輸時使用；此外，你肯定還需要用傳統飛船把經典信息接收裝置和信號調製裝置也運送到目的地去。
利用量子糾纏來傳遞信息，並未違反狹義相對論。雖然量子信息的傳遞是瞬時的，但我們還需要傳遞經典信息，即使採用速度最快的電磁波來傳遞，經典信息的傳遞速度也只等於光速。這樣一來，量子隱形傳態過程中，粒子態的傳輸、粒子的遠距「複製」也就不可能是超過光速的了。
如果你覺得這不太好理解，不妨想想這個例子：目前「旅行者1號」離地球約16光時，假設你在1977年離開懷孕的妻子隨船出發，30年後，當你在地球的孫女出生的瞬間，你和孫女之間就存在著一種超越時空的糾纏關係，你實質上在那一刻就升級為爺爺了（相當於量子信息的傳遞）。
不過，在地球通訊聯繫到你之前的16小時內，你並不知道自己已經成為爺爺了；只有當16小時後，你接到地球發來的無線電報（經典信息）時，你才知道這一點，你的行為才與你升級成爺爺這一事實發生關係。
1997年，奧地利的蔡林格(Anton Zeilinger)研究組首次在實驗上成功實現了量子隱形傳送。
蔡林格(Anton Zeilinger)
2007年開始，以蔡林格的學生潘建偉等為研究主體的中科大、北大聯合研究小組在北京架設了長達16公裡的自由空間量子信道，最終在2009年成功實現了當時世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，證實了量子態隱形傳輸穿越大氣層的可行性。接下來，科學家希望傳送更加複雜、更大尺度的量子態，並擴展到更遠的距離。
那麼，量子隱形傳態可以傳送人體麼？這個問題同樣沒有足夠成熟的答案，比如，我們不清楚什麼樣的糾纏粒子能夠同時發送人身體上大約10^31位元組的量子信息。在今天，我們只能傳送最多6個比特的量子信息；而即使極小極小的外在影響也足以摧毀粒子的糾纏，後果很難預計……