量子通信之量子隱形傳態,到底能不能實現「瞬移」?

2020-12-03 腦計劃

有沒有很羨慕科幻電影裡瞬時傳送的科技,或者玄幻小說裡瞬時移動的能力,我不僅羨慕過而且還幻想過,幻想著自己擁有了瞬移的能力,做了很多不可描述的事情。要是現實裡真的擁有了這種能力,那將是多麼幸福的事啊,可是現實裡真的能實現嗎?

曾經小說電影裡出現的超能力:意念操控,現在不就是成為了現實了嗎?雖然還只是初級階段,但是也許10年20年後就可能大規模推廣使用,想想真是不可思議!

那麼瞬移到底能不能成為現實?很多人認為「量子隱形傳態」也許能讓它成為可能,那「量子隱形傳態」是什麼呢?

量子隱形傳態

1993年,美國科學家貝內特提出了量子通信的概念,之後,貝尼特同另外5位來自不同國家的科學家聯合發表了一篇題為《由經典和EPR通道傳送未知量子態》的論文,論文基於量子糾纏理論,提出了利用經典和量子相結合的方法實現量子隱形傳態的方案,由此開創了研究量子隱形傳態的先河,也因此激發了人們對量子隱形傳態的研究興趣。

貝尼特是IBM公司的科學家,是量子計算和量子信息領域的主要領導者,也是量子密碼和量子通信的創始人之一。美媒曾評出本應該獲諾貝爾獎的10位頂尖物理學家,貝尼特拍第三。

所謂的「量子隱形傳態」,往往也被稱為量子遠距離傳輸或量子隱形傳輸等。這是一種全新的信息傳遞方式,它是在量子糾纏效應的幫助下,傳遞量子態所攜帶的量子信息。

量子隱形傳態的基本原理是:在上圖中的發送者Alice想要把粒子1的量子態傳送給接收者Bob(量子隱形傳態中,習慣上稱發送者為Alice,接收者為Bob)。

利用粒子糾纏源,Alice擁有糾纏粒子中的粒子2,而Bob擁有粒子3。糾纏粒子對(粒子2、3)構成量子通道。首先,Alice對需要傳送的粒子1和她擁有的粒子2進行聯合測量,得到一個測量結果。測量之後,粒子1的量子態坍縮了,粒子2的狀態也發生變化。因為粒子2和粒子3相互糾纏,粒子2的變化立即影響粒子3發生變化。

然而,Bob無法察覺粒子3的變化,直到從經典信道得到Alice傳來的信息。比如,Alice在電話中將測量結果告訴Bob。然後,Bob對粒子3的量子態施行適當的變換處理,就可使這個粒子的量子態變成與待傳送的未知量子態一模一樣,從而在粒子3上實現了對未知量子態的重現。這個傳送過程完成之後,粒子1坍縮隱形了,它的所有信息都傳播到了粒子3上,因而稱為「隱形傳態」。

總結量子隱形傳態的過程如下:

1、製備粒子1處於量子態;

2、糾纏源製備一對糾纏粒子(粒子2和粒子3),其中粒子2發送給Alice,粒子3發送給Bob;

3、接著,Alice對粒子1和粒子2進行一個貝爾聯合測量,則整個系統坍塌,為了使量子隱形傳態成功完成,Alice通過經典信道把測量結果告訴給Bob;

4、Bob根據測量結果執行相應的變換處理,使自己擁有的粒子3的狀態變成粒子1的狀態;

實現量子隱形傳態需要兩個通道:量子通道和經典通道。因而,通信的速度被經典通道所限制,故通信的速度仍然不能超過光速。

可以看到,在量子隱形傳態中涉及了經典的信息傳輸方式,那麼整個信息傳遞系統的安全性會不會產生問題呢?

由於經典的通道只是要告訴接收方傳遞方已經進行了怎樣的特定變換,除此之外,並不包含有關A粒子量子態的任何信息。所以,即便有人截獲了經典通道的信息,那也是沒有任何用處的。

那麼到底能不能實現人體的「瞬移」呢?

「瞬移」需要將人體的所有分子和原子進行傳送,不過,為了從原理上探討傳送的可能性,只討論一個原子就夠了。我們將考慮最簡單的原子——氫原子的傳送。但是首先來看看用經典方法傳送實體的可能性。

我們不能通過任何已知的經典方法傳送物理實體,但我們可以傳送經典信息,比如我們一直在使用的傳真機。為什麼不能測量或觀察物體的屬性,然後(使用電話線和衛星以光速)把這些信息傳真出去,以便根據這些信息在遠距離上重新構建出這個物體呢?我們應該能夠在一個原子上快速做到這一點。

即使只傳送一個原子,也存在一些問題。測量或觀察的行為會改變我們要發送的原子的狀態,發送出去的是改變狀態後的原子。關於原子的初始狀態(包括概率)信息都會消失,所以我們對此一無所知。

簡而言之,我們傳送了一個原子的信息,但不是原本的那個原子了。以這種方式傳送的原子分子構成的人(儘管兩個地方的人具有相同數量的原子)實際上和我們打算傳送的不是同一個人。

你可以說:「但是,我們已經傳送了一個身體!」確實如此,但傳送過去的已經不是原來的那個人了。我們複製了這個人身上每一個原子的信息,但所有原子在被觀測到的一瞬間就已經發生了變化。將這些信息傳送到另一個地方,用這些信息重組起來的人是另一個人,他已經不是原來的那個人了。

所以,很遺憾,「瞬移」是不可能實現的,起碼利用量子隱形傳態這門技術是不可能實現的,或許有其它技術能夠實現也未可知。

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