Mystic Horse: An Elegant Being分享 http://blog.sciencenet.cn/u/gl6866 中国社会科学院哲学研究所研究员

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量子隐形传态

已有 10282 次阅读 2010-1-4 10:08 |个人分类:理解科学|系统分类:科普集锦| 远程传态, 量子物理

量子隐形传送与量子远程通信密切相关。“teleportation”一词是指一种无影无踪的传送过程。爱因斯坦曾把这种来无踪,去无影的东西成为“鬼魅”(spooky),“这种鬼魅般的超距作用”(spooky action at a distance)在众多实验中一再出现,因此直到过世前他都没有完全接受量子力学是一个真实而完备的理论,一直尝试找到一种更加合理的诠释。爱因斯坦是位实在论者,他不接受这种spooky的现象是可以理解的。

然而,爱因斯坦所怀疑的,却在上个世纪末被量子物理学家从某种意义上实现了。1993年美国物理学家提出了量子隐形传态的方案。将某个粒子的未知量子态(即未知量子比特)传送到另一个地方,把另一个粒子制备到这个量子态上,而原来的粒子仍留在原处。其基本思想是:将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分,它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的,量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息。接收者在获得这两种信息之后,就可制造出原物量子态的完全复制品。这个过程中传送的仅仅是原物的量子态,而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知,而接收者是将别的粒子(甚至可以是与原物不相同的粒子)处于原物的量子态上。在经典的世界中人们可以复制并传输信息,日常生活中我们每天都会用到,比如传真机。而在量子世界中,量子信息只能由载体传递,不能被复制,无法使用类似传真的普通传输方式。在传递信息的过程中,量子隐形传态无须复制所传信息,而是提供了一种传递量子信息的方法,这也是量子纠缠在实际应用中最引人注目的方案之一。

从物理学角度,可以这样来想象隐形传送的过程:先提取原物的所有信息,然后将这些信息传送到接收地点,接收者依据这些信息,选取与构成原物完全相同的基本单元(如原子),制造出原物完美的复制品。遗憾的是,量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息,这个复制品不可能是完美的。因此长期以来,隐形传物只不过是种幻想而已。 1997年年底奥地利的一个研究小组首先在实验上演示成功了量子隐形传送,论文发表在《自然》上,引起国际学术界的极大兴趣。此后,有若干研究小组也相继在实验上实现了量子隐形传送,包括中国科技大学的研究小组。

量子隐形传送所传输的是量子信息,它是量子通信最基本的过程。人们基于这个过程提出了实现量子因特网的构想。量子因特网是用量子通道来联络许多量子处理器,它可以同时实现量子信息的传输和处理。相比于现在经典因特网,量子因特网具有安全保密特性,可实现多端的分布计算,有效地降低通信复杂度等一系列优点。2009年,美国马里兰州立大学联合量子研究所的科学家成功地实现了从一个原子到1米外的一个容器里的另一个原子的量子隐形传输,这一突破向《星际迷航》描述的科幻情节又迈进了一步。当然,这个被称作“量子信息处理”的试验与科幻电影中传输身体的技术不可同日而语,因为一个原子只是转变成另一个原子,这样,第二个原子变扮演起第一个原子的角色。尽管如此,原子对原子的传输对于研制超密超快的计算机仍具有重在意义。这一成果被美国《时代周刊》评为2009年十大科学进展之一。


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