量子隐形传态新技术：让物体“瞬间移动”成为可能？

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日本国立信息学研究所（东京）与俄罗斯科学院6月30日宣布“成功开发出了新的宏观物体瞬移方法”。

科幻片中的隐形传态是指瞬间将人和物体从一个地方传送到另一个地方的“瞬间移动”。看到这则消息，恐怕每个人都会好奇：像“任意门”一样的瞬间移动真的能够实现吗？近期将在英国物理学杂志上刊登论文的俄罗斯科学院化学物理问题研究所的Alexey Pyrkov与日本国立信息学研究所的Tim Byrnes为我们介绍了成果的内容。

“恐怖的远程操作”

日本国立信息学研究所的Tim Byrnes（摄影：陶山勉）

准确来说，此次发表的是“量子隐形传态”的研究成果。在讨论人能否实现隐形传态之前，首先让我来介绍一下什么是量子隐形传态。

我们身边的物质是由原子和电子等微小的粒子组成。这些粒子上叠加着代表微细状态的“信息”。例如原子和电子的“自旋”，光的组成粒子光子的“偏光”等。量子隐形传态是使粒子的这些相关信息瞬间转移到远方的技术。粒子本身其实并不移动，而是在微细的粒子水平下，代表粒子状态的信息完全转移到其他粒子上，就可以认为是与粒子本身发生移动基本相同。

解释原子、电子、光子等粒子行为的学科叫作“量子力学”。量子隐形传态利用了由量子力学理论推导出的奇特物理现象“量子纠缠”。

那么，什么是量子纠缠？举例来说，在某个地点同时制作出两个粒子，这两个粒子将同时具有类似于“双胞胎”的特殊关系。即使两个粒子飞向不同的方向，只要途中没有遇到阻碍，二者的状态在物理学上来说，就可以利用一个方程式來解释。因此，只要检测“双胞胎”粒子中一方的自旋和偏光等状态，另一个粒子即使远在宇宙的另一端，其状态也能自动确定。众所周知，以“相对论”而闻名的物理学家爱因斯坦当初曾经炮轰这种现象是“怪异的远程操作”。

1993年，美国的物理学家设想出了利用量子纠缠实现量子隐形传态的方法。根据他的方案，奥地利的研究小组于1997年首次成功利用光子完成了量子隐形传态实验。2012年，同样由奥地利等国家参与的国际研究小组在大西洋的岛屿之间创造了143公里的隐形传态历史最远纪录。