量子隱形傳態新技術：讓物體“瞬間移動”成為可能？

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日本國立信息學研究所（東京）與俄羅斯科學院6月30日宣布“成功開發出了新的宏觀物體瞬移方法”。

科幻片中的隱形傳態是指瞬間將人和物體從一個地方傳送到另一個地方的“瞬間移動”。看到這則消息，恐怕每個人都會好奇：像“任意門”一樣的瞬間移動真的能夠實現嗎？近期將在英國物理學雜志上刊登論文的俄羅斯科學院化學物理問題研究所的Alexey Pyrkov與日本國立信息學研究所的Tim Byrnes為我們介紹了成果的內容。

“恐怖的遠程操作”

日本國立信息學研究所的Tim Byrnes（攝影：陶山勉）

准確來說，此次發表的是“量子隱形傳態”的研究成果。在討論人能否實現隱形傳態之前，首先讓我來介紹一下什麼是量子隱形傳態。

我們身邊的物質是由原子和電子等微小的粒子組成。這些粒子上疊加著代表微細狀態的“信息”。例如原子和電子的“自旋”，光的組成粒子光子的“偏光”等。量子隱形傳態是使粒子的這些相關信息瞬間轉移到遠方的技術。粒子本身其實並不移動，而是在微細的粒子水平下，代表粒子狀態的信息完全轉移到其他粒子上，就可以認為是與粒子本身發生移動基本相同。

解釋原子、電子、光子等粒子行為的學科叫作“量子力學”。量子隱形傳態利用了由量子力學理論推導出的奇特物理現象“量子糾纏”。

那麼，什麼是量子糾纏？舉例來說，在某個地點同時制作出兩個粒子，這兩個粒子將同時具有類似於“雙胞胎”的特殊關系。即使兩個粒子飛向不同的方向，隻要途中沒有遇到阻礙，二者的狀態在物理學上來說，就可以利用一個方程式來解釋。因此，隻要檢測“雙胞胎”粒子中一方的自旋和偏光等狀態，另一個粒子即使遠在宇宙的另一端，其狀態也能自動確定。眾所周知，以“相對論”而聞名的物理學家愛因斯坦當初曾經炮轟這種現象是“怪異的遠程操作”。

1993年，美國的物理學家設想出了利用量子糾纏實現量子隱形傳態的方法。根據他的方案，奧地利的研究小組於1997年首次成功利用光子完成了量子隱形傳態實驗。2012年，同樣由奧地利等國家參與的國際研究小組在大西洋的島嶼之間創造了143公裡的隱形傳態歷史最遠紀錄。