什么是量子瞬间传输技术?看完你就懂了

Question

如题所述

Answer 1

现在的科技力量未能达到将来有可能凭借以下手段实现：1、电离磁效应2、量子牵连技术以下是最近国内媒体对量子牵连技术研究进展的报道：所谓“瞬间转移”（teleportation）技术，就是将人或物件瞬间从一个地方消失，再在另一个地方将之重新现形。这就意味着，旅行过程中的时间和空间将会消失，我们可以从一个地点瞬间到达另一地点，不需要走一段物理路线。 澳大利亚一个由华裔科学家领导的研究小组声称，他们和 I BM专家合作，研究出像经典科幻片《星空奇遇记》中所描述的“瞬间转移”技术，成功地将一道激光光线分解，不经任何物质做媒介，瞬间在另一个实验室中完整的收集回来，使科幻小说中的情节变成了现实，为未来“瞬间移物”开了个好头。 光束先毁灭后还原 自5000年前发明车轮后，人类就一直在寻找更快地从一个点抵达另一点的旅行方法。战车、自行车、汽车、飞机、火箭的接连出现，使人类到达某一特定地点的时间大大缩短。但这些方法存在着一个共同的缺点，那就是需要走一段物理路线，距离不一样，花费的时间也不一样。 那么，有没有一种方法，不用乘坐任何交通工具就能使你从家里来到超级市场，或者从你家后院不用乘坐宇宙飞船就直接到达国际空间站吗？一些科学家一直在致力于这方面的研究，并且取得了可喜的成果。 由澳大利亚国立大学华裔物理学家林平奎（音译）领导的研究小组，最近破天荒地利用一种名为“量子牵连”（quantum entanglement）的技术：在光学通信系统的一端把一束激光信息毁灭，然后在一米外的另一端，将它重新现形。 6月17日，澳大利亚联邦科学部长麦高兰主持记者会，宣布了这项成就。该小组说，瞬间转移的最终目标，是像电影《星空奇遇记》一样，瞬间把人传送到远方，无需交通工具。林平奎博士说：“这就是科幻片《星空奇遇记》（又译《星舰迷航记》）中描述的情景，星舰企业号将太空人从一个星球传送到另一个星球上的科幻技术。” 光的构成基本单位是光子，所谓“光束瞬间转移”，简言之就是将一束光从一个房间转移到另一个房间，个中关键是把该光束内的光子资料，在另一房间复制出来。 研究员先将一段无线电资料信息编成“光子密码”，收录入一束激光中，然后，研究人员将这束激光信息与量子牵连技术结合，经过扫描步骤后将之毁灭，但是记录在激光束中的密码信息却得以保存下来，并由研究人员以电子的形式传送至另一端的接收站，接收站在瞬间读取和翻译电子信息，然后将刚才那段包含了特定无线电资料信息的激光束还原出来。 科学家们的瞬间转移梦 所谓“瞬间转移”（ t eleportation）技术，是将人或物件瞬间从一个地方消失，再在另一个地方将之重新现形。这就意味着，旅行过程中的时间和空间将会消失，我们可以从一个地点瞬间到达另一地点，不需要走一段物理路线。 这其实是科学大师爱因斯坦提出的理论，也就是把物体化解为能量，传送到遥远的地方，然后再把能量还原为物体。10年前，科学界认为这是不可能的事。目前世界上有6个科学团体在积极研究。 有关超时空转移的科幻故事，可谓由来以久，由早期《星空奇遇记》和《星球大战》的太空战舰，到20世纪80年代的卡通片《超时空要塞》中的超时空号，乃至90年代初的卡通片《龙珠》中的主角悟空，都能超越时空限制，在一瞬间转移到10万8千里外的地方。在电影《变蝇人魔》中，主角则通过瞬间转移装置，将自己化成一堆粒子密码，然后在装置的另一端还原，岂料期间却因有乌蝇进入了装置，结果使主角在还原时混入了乌蝇的基因，变成了怪物。 几年前由朱迪·福斯特主演的《超时空接触》，也谈到了超时空转移，可见人们对这种技术的兴趣历久不衰，皆因在爱恩斯坦的相对论中，没有任何东西可快过光速，所以这一人类要实现星际飞行的梦想，就须靠类似瞬间转移的科技。 对渴望突破三维空间限制的人类来说，超时空转移与时光机器一样，都是遥不可及，但却偏偏是最吸引人的梦想。 1993年3月，瞬间转移终于走出科幻小说，变成了理论上的可能。当时，美国物理学家查尔斯·贝尼特和 I BM的一个研究小组证实，瞬间转移是可行的。自那以后，科学家利用光子作了大量试验，证明瞬间转移事实上是可行的。1997年，美国的泽林格尔教授证明，光粒子可以同时瞬间转移很长的距离。1998年，加州技术研究所的物理学家和欧洲的两个研究小组把瞬间转移的设想变成了现实，他们把一个光子在同轴光缆上成功地瞬间转移了一米。正如预测的那样，当光子被成功复制后，原始光子就不存在了。 2001年，在美国马萨诸塞州工作的一名丹麦物理学家成功将光束停止了半秒钟，然后发现，这道光束又以光的速度跑掉了。 时间旅行尚需时日 林平奎博士负责的这个研究小组共有12名成员。据悉，澳大利亚的科学家在这次实验中，共摧毁了几十亿个光子，然后成功地将其复制出来。这个过程，便被称作量子牵连，花费的时间只有十亿分之一秒。 国际科技界认为，澳大利亚科学家进行的这项试验为电子和通讯技术实现革命性进步拉开了序幕。负责这项试验的林平奎博士也认为，这个试验的最终成功将使各政府机构、银行，以及任何想高速交换信息的各界人士，以难以置信的高速度，在绝对保密的情况下实现这一目的。 然而，用远程瞬间传物模式进行人类和其他物体试验目前似乎还遥遥无期。出生于马来西亚的林平奎教授称，要将生物进行瞬间转移传输，仍是遥不可及的事情，但新技术仍有很多用途，科学家相信可在短期之内，利用这种技术，发展出比目前运算速度最快电脑还要快十亿倍的超级电脑，并通过提高通讯系统的效率，确立量子信息时代的来临。 科学家相信，新一代电脑将可应用瞬间转移技术，取代电线和芯片来传输信息，成为量子电脑，其效率会比今天的电脑更强更快。研究员金布尔说：“量子信息时代将会降临，虽然不会在5至10年内发生，但再过100年，这种技术一定会很普遍。”在理论上，这种技术还可传送物件，研究人员正开发瞬间转移粒子的技术。粒子就是物质的基本单位。 澳大利亚对进行这样的试验采取了相当谨慎的态度。因为虽然这是一项非常诱人的技术，但由于难度太大，所以在此之前，很少有科学家愿意把精力花在这一领域，只在1998年传出过美国的加州技术研究所做过类似的试验。林博士认为，同美国开展的类似试验相比，澳大利亚国立大学的试验更可靠，结果也更具有积极意义。林博士还指出，激光束在试验过程中被摧毁了，没有完成远程瞬间传物的过程，但无线电信号则丝毫无损。 林博士承认：“我们的实验与科幻片仍有些区别。我们暂时只能遥距传送激光中的光子，还不能将物件瞬间转移。”林博士发表了许多有价值的论文，他表示，他研究的目标是证明瞬间转移是可以做到的，这对未来技术的发展是有用的。曾经有记者问他为何将自己的研究领域锁定在光的瞬间转移上，他幽默地回答：“那是因为研究光学要比研究机械应用来得容易一些。” 他介绍说，普通人在预测一个足球的运行路线或者飞机在哪里着陆，靠的都是牛顿物理学理论，但在量子世界———一个比原子世界还要小的世界，物理学的一般经验就站不住脚了，你会发现很多奇妙的事情发生，粒子好像可以同时出现在不同的地方。物理学家们把量子的状态称作“超自然的”。 科学家们下一步研究的重点是，把体积比光子大的实质物体，瞬间传送到远地。林博士说：“原则上我认为可行，但可能是一千年后的事。打个比喻，我们现在发明的，只能算是算盘（量子瞬间转移），要制造超级电脑（生物体瞬间转移），这条路仍很漫

Answer 2

相距遥远的两个量子所呈现出得关联性。科学家早就发现，处于特定系统中的两个或多个量子，即使相距遥远也总是呈现出相同的状态，当其中一个量子状态改变时，其他量子也会随之改变。量子瞬间传输技术就是基于此的传输技术。

一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，我们就说这个物理量是量子化的，把这个最小单位称为量子。光子就是光量子，一束光至少包含一个光子，再少就不存在了。实验发现，原子中电子的能量不是连续变化的，而是只能取一些分立的值，也就是说，原子中的电子能量是量子化的。量子化是微观世界的普遍现象。20世纪上半叶（主要是从1900年到1930年），普朗克、爱因斯坦、德布罗意、玻尔、海森堡、薛定谔、狄拉克、玻恩、泡利等伟大的物理学家们创立了量子力学，这是我们目前对微观世界最准确的描述。相对论几乎是爱因斯坦独力创造出来的，量子力学却是群星璀璨的产物。爱因斯坦在其中也发挥了非常重要的作用（提出光量子，这是他得诺贝尔物理学奖的原因，居然不是相对论！），但并不是最重要的，最重要的两个贡献者是普朗克和海森堡。不过上面无论哪一位，都比在世的物理学家伟大多了（杨振宁可能跟泡利相差不是很远？），这是时代的垂青，个人无法改变的。

量子力学描述世界的语言跟经典力学有根本区别。经典力学描述一个粒子的状态，说的是它在什么位置，具有什么动量。不言而喻的是，在任何一个时刻这个粒子总是位于某个位置，具有某个动量，即使你不知道是多少。量子力学描述一个粒子的状态，却是给出一个态函数或者称为态矢量，这个态矢量不是位于日常所见的三维空间，而是位于一个数学抽象的线性空间。在这里我们不需要深究这是个什么空间，关键在于两个态矢量之间可以进行“内积”的运算。内积是什么？在三维空间中，两个长度为1的单位矢量a和b做内积(a, b)，得到的是它们夹角的余弦，即两个矢量方向相同时得到1，方向相反时得到-1，互相垂直时得到0，所以内积也可以理解为一个矢量在另一个矢量上的投影。对两个态矢量也可以求这样的内积，结果是个复数（即有实部虚部，不一定是实数），而这个复数的绝对值小于等于1。

现在不可思议的新概念来了：对于任何一个物理量P（例如位置、动量），态矢量都可以分为两类，一类具有确定的P，称为P的本征态，P的取值称为这个本征态的本征值；另一类不具有确定的P，称为P的非本征态。非本征态比本征态多得多，如同无理数比有理数多得多。也就是说，绝大多数情况下，一个粒子是没有确定的位置的！等等，什么叫做“没有确定的位置”？是因为粒子跑得太快了，我们看不清吗？量子力学说的不是这种常规（而错误）的理解，而是说：非本征态是一个客观真实的状态，跟本征态同样客观真实，它没有确定的位置是因为它本质上就是如此，而不是因为我们的信息不全。来打个比方，有些状态可以用指向上下左右的箭头来表示，于是你定义“方向”为一个物理量，但是还有些状态是一个圆！圆状态跟箭头状态同样真实，只是没有确定的方向而已。

但是读者还会困惑，因为我们总是可以用仪器去测量粒子的位置，测量的结果总是粒子出现在某个地方，而不是同时出现在两个地方，或者哪里都测量不到。好，下面就是量子力学的关键思想：对P的本征态测量P，粒子的状态不变，测得的是这个本征态的本征值。而对P的非本征态s测量P，会使粒子的状态从s变成某个P的本征态f，概率是s与f的内积的绝对值的平方|(s, f)|^2，发生这个变化后测得的就是f的本征值。用上面的例子来说，对箭头状态测方向，状态不变，得到的就是箭头的方向；对圆状态测方向，圆状态会以相同的几率变成任何一个箭头状态，得到的是这个新的箭头状态的方向。对位置的非本征态测量位置，就会测得粒子出现在某个随机的位置，而出现在空间所有位置的几率之和等于1。怎么知道测量结果是随机的呢？制备多个具有相同状态的粒子，把实验重复多次，就会发现实验结果每次都不一样。没错，量子力学具有本质的随机性，同样的原因可以导致不同的结果，这是跟经典力学的又一大区别。
你也许会觉得上面这些说法简直莫名其妙，但是现在绝大多数科学家都对它们奉若圭臬。为什么呢？因为这套奇怪的理论跟实验符合得很好，而经典力学却不能。当然，这是哲学性的原因，而操作性的原因很简单：现在的科学家受的都是量子力学的教育。普朗克有一句非常有趣的话：“新的科学真理并不是由于说服它的对手取得胜利的，而是由于它的对手死光了，新的一代熟悉它的人成长起来了。”

事实上，现在仍然有不少人对量子力学提出各种各样的挑战，包括不少专业科学家，民科就更多了（当然挑战相对论的民科更多）。历史上，挑战量子力学的势力更加强大，其中的带头大哥就是--爱因斯坦！老爱坚信粒子应该具有确定的位置和动量，世界的演化应该是决定性的，对前面说的量子力学的不确定性和随机性十分不满。用他自己的话来说，他相信“没有人看月亮的时候，月亮仍然存在”，以及“上帝不掷骰子”。

如果是一般人，表达完信念也就没事了。但爱因斯坦是超级伟大的科学家，神一样的人物，他不会满足于只做口舌之争，而是要设计一个判决性的实验，以可验证的方式证明量子力学的错误。于是乎，1935年，爱因斯坦（Einstein）、波多尔斯基（Podolsky）和罗森（Rosen）提出了一个思想实验，后人用他们的首字母称为EPR实验。你可以制备两个粒子A和B的“圆”态，使得在这个状态中两个粒子的某个性质（如电子的自旋角动量、光子的偏振）相加等于零，而单个粒子的这个性质不确定。这样一对粒子称为EPR对。然后你把这两个粒子在空间上分开很远，任意的远，然后测量粒子A的这个性质。好比你测得A是“上”，那么你就立刻知道了B现在是“下”。问题是，既然A和B已经离得非常远了，B是怎么知道A发生了变化，然后发生相应的变化的？EPR认为A和B之间出现了“鬼魅般的超距作用”，信息传递的速度超过光速，违反相对论。所以，量子力学肯定有错误。

这个问题非常深邃，直到现在都不断给人以启发。不过量子力学的正统卫道士有一个标准回答：处于“圆”态的A和B是一个整体，当你对A进行测量的时候，A和B是同时发生变化的，并不是A变了之后传一个信息给B，B再变化，所以这里没有信息的传递，不违反相对论。这个回答怎么样？无论你信不信，反正我信了。不过爱因斯坦一直都不信，以这个他参与创建的理论的反对者的身份走完了一生。

在爱因斯坦的时代，EPR实验只能在头脑中进行。随着科技的进步，这个实验可以实现了。1980年代，阿斯佩克特等人做了EPR实验，结果你猜怎么着？完全跟量子力学的预言符合！真的是你测得一个EPR对中的A是“上”的时候，B就变成了“下”。本来是设计出来否定量子力学的，反而验证了量子力学的正确性。这种事在科学史上屡见不鲜。17世纪的时候，牛顿主张光是粒子，惠更斯主张光是波动。牛顿按照惠更斯的理论计算出一个现象：把一束光射向一个不透明的小圆片，在圆片的背后中心位置会出现一个亮点，而不是暗点。牛顿认为这是不可能的，宣布驳倒了惠更斯。可是别人一做这个实验，发现真的就是如此，结果成了牛顿亲手证明惠更斯的正确。

EPR现象既然是一个真实的效应，而不是爱因斯坦等人以为的悖论，人们就想到利用它。量子隐形传态（quantum teleportation）就是一个重要的应用。英文单词teleportation就是科幻艺术中biu的一声把人传过去的瞬间传输，tele是远，port是传，所以小编们报道这种新闻总是配传人的图片，《星际迷航》中的Spock发来贺电！可是，在量子信息研究中实际做的是把一个粒子A的量子态传输给远处的另一个粒子B，让B复制A的状态，注意传的是状态而不是粒子。当然你可以说传人也是把人的所有原子的状态传到远处的另外一堆原子上，组合成一个同样的人。OK我没意见，只不过为了避免混淆，中国的科学家们还是小心谨慎地把teleportation翻译成了隐形传态。

量子隐形传态是怎么操作的呢？基本思路是这样：让第三个粒子C跟B组成EPR对，而C跟A离得很近，跟B离得很远。让A按照某个密码跟C发生相互作用，改变C的状态，于是B的状态也发生了相应的变化。再通过经典的通讯手段（比如电话、光缆）把密码告诉B那边的人，对B按照密码进行反向操作，就得到了A的状态。这里的基本元素包括作为中介的C、密码和传输密码的经典信道。

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Answer 3

瞬间移动从字面上来看它是一个形容词，指物体移动速度快到一瞬间便能完成。　　但如何达到这种效果呢，瞬间移动这个词最常见于西方魔法名词，被认为是一种可以使人在一瞬间到达另一点的魔法。但根据现代物理学的发展，瞬间移动已被认为是可能的。　　从爱因斯坦的广义相对论来看，如果物体的引力或能量足够大，那么它将有足够的力量使空间发生扭曲，而使三维空间中的两个点被拉近，那么如果这种能量强到能让两个点几乎重合，那么我们就可以想象出这样的情况：从几乎重合的三维空间的两点之一穿过，将直接跨越两点间的三维空间而在同一时间出现在另外一点，这样便达到了瞬间移动的效果。　　另一种理解则是，在虫洞效应扩大范围的内心。也就是时间表，时间表是在我们和宇宙中存在的时间计算器。如果一个人死了，他的时间表就停止不动。而地球的时间表还在继续运行计算，在两面镜子中间你能从一面镜子里看到无限的重影。而这个空间就是不受时间计算的空间！也就是说，瞬间移动就是要把唯一的时间计算器暂停或搞坏。让时间计算器自我维修修复，用高压电流来让某部分的时间表超负荷这样自我修复开始。这时候你的运动不会算做时间，而你自我认知却实在时间内运动。当你移动到另一点的时候，其实你在运动进行其实没有算做时间内。所以在旁人看来你在瞬间移动。 　　　“瞬间转移”和“穿墙术”是否能实现？ 　　通过量子信道，电子能瞬间逃离原子，小石子莫名其妙就穿过了碗壁，难道所谓的 “瞬间转移”和“穿墙术”这些曾经只出现在神话和科幻小说中的场景果真是可以实现的？ 　　《封神演义》中的土行孙，他会突然消失，一转眼又从别的地方冒出来。在科幻系列电影《星际旅行》中，发送人体是一件最平常不过的事情。在一台魔术装置中，宇航员的身体忽然一闪，便消失得无影无踪，之后他会出现在任何一处希望抵达的地点，甚至是外星球。只要那个地方有一台类似的接收器，除了平淡地说一句“发射我吧，苏格兰人！”之外，没有人会把它当做话题来谈论。 　　想象一下，如果这样的技术有一天能够普及，那么我们出门旅行再也不用费力的转乘各种交通工具，而只要运用这种传送工具，瞬间就能把我们“转移”到任何我们想去的地方。 　　韩正甫教授说，理论上这样的场景是可以实现的，物理学上叫做量子态隐形传物。从物理学角度，可以这样来想象隐形传物的过程：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，制造出原物完美的复制品。 　　人类瞬间转移面临三大难题 　　隐形传物虽然理论上可行，但要真正实现人的隐形传送，目前还有许多技术难题尚未解决。 　　难题一： 　　人的身体是由物质组成的，如果用光速把人的身体移动到另一个地点，那么，就必须将它“唯物质化”。经物理学家计算，单单突破原子核内部的限定力，就必须把身体加热到1万亿摄氏度———这比太阳内部的热度还要高几百倍。只有在这一温度下，物质才能变为光，并通过光速输送到任何一个地点。而对每一个被输送的人来说，所使用的能量要超过迄今为止人类全部能量消耗的大约1000倍。 　　难题二： 　　发射仪器必须在目的地将人重新组合起来。为了知道如何组合，它就需要获得人体所有原子结构的精确信息。如果每一个原子约为1000字节，描述人体的所有原子总共需要10的31次方的字节，而目前世界上全部图书所含有的信息约为10的15次方字节，仅是完整描述一个人所需要的信息的1亿分之一。仅传输这些数据对于今天速度最快的计算机来说，也会花去比宇宙年龄还要长2000倍的时间。 　　难题三： 　　精确描述人的原子结构是最棘手的问题，从根本上来说是不可能的。因为根据海森伯测不准原理，我们不可能获得一个粒子的全部信息。例如，如果我们想知道一个粒子的位置，那么我们就会失去所有关于它的速度的信息，反之亦然。 　　相关研究：美奥科学家将原子隐形传送 　　早在2004年，美国和奥地利的物理学家就通过实验成功实现了隐形传物，论文发表在《自然》上，引起国际学术界的极大兴趣。 　　美国国家标准与技术研究所的科学家通过激光，将三个带有正电荷的铍原子的量子态复制到8微米外的另一个原子上。整个过程由计算机控制，仅耗时4毫秒，传输成功率达到78%。 　　奥地利因斯布鲁克大学的科学家领导的另一个研究小组则采用钙原子，同样实现了量子态隐形传输，成功率为75%。基本原理也是利用第三个原子为辅助，用激光将一个原子的量子态传递给另一个原子。　　也可以这样，用仪器进行多维跳跃，就像科幻小说中的飞船一样，也可实现瞬间移动。

Answer 4

在我们日常生活中，可以接触到调频和调幅这两种方法。如广播就是采用调频和调幅来传输信号的，空调有调频和调幅两种制式，这些大家都非常熟悉，那么量子传输技术就是更换了原来传输的模式而采取了更先进，效率更高的方法，这就是量子传输技术

Answer 5

袁岚峰：科普量子瞬间传输技术，，包你懂！公众炸了