"瞬間移動"并非妄想，量子隔空傳遞技術靠譜嗎?

題圖來自：視覺中國

無論是在科幻小說中，還是在神學領域裡，有關“瞬間移動”的概念已經流傳了上千年了。雖然《星際迷航》系列電影的大火，也順帶着将“瞬間移動”的概念帶入到了主流觀衆的視線下，讓它變得無人不知無人不曉，但它其實早就已經在莎士比亞的《暴風雨》裡，在《一千零一夜》中的阿拉丁故事中，甚至在猶太教《塔木德經》（Jewish Talmud）裡就已經出現過了。

然而，現代科學也未能實作将這一“科幻夢想”變成“科學現實”，這是因為量子力學在科學家們的面前放置了一些令人難以逾越的障礙。但即便如此，對于那些單個粒子來說，量子隔空傳輸（quantum teleportation）卻是一個非常真實的實體現象。日前，人類有史以來第一次實作将一個粒子從地球“隔空傳送”到了太空中的一顆衛星中。這樣說來，人類的“瞬移移動”有可能實作嗎？下面，我們來看看科學是如何來解答這一問題的。

首先，讓我們一起來設想一個沒有量子力學的世界，它的運作方式要相對的簡單粗暴：

• 你知道組成一件東西的所有粒子的位置、粒子與粒子間的聯系、粒子與粒子間的互動，以及它們的固有運動方式。
• 你将這個東西打碎，将它分解成為組成這個東西的一個個獨立的粒子。
• 然後，你既可以将所有的這些粒子帶走，将它們轉移至你的目的地，也可以從目的地那兒将這些完全一樣、無法區分的粒子轉移到其它地方，準備重組。
• 當你具備了這些粒子所有完整的資訊，你就可以将這些粒子重新組裝起來，用類似“複制黏貼”那樣的方式造出一個和“本尊”一模一樣的新東西。

然而不幸的是，我們的世界受到量子力學法則的制約，這讓這一操作在現實生活中，變得要複雜得多。

我們的宇宙受到一些非常重要、非常基礎的規則的支配，其中一條就是不确定性原理，即任何一個粒子的位置和動量不可同時被确定。你對粒子的位置或是動量測量得越精準，你對另一個參數知道得就越模糊。

這一法則也被稱之為“海森堡測不準原理”，我們不可能同時得知一個粒子的位置和動量資訊，更不用提要一次測得所有粒子的位置和動量資訊了。如果沒有這些資訊的話，我們就不可能知道一個粒子的量子态，這樣看來，要将人進行“瞬移”似乎是不可實作的。

然而，這也正是“量子隔空傳輸”（quantum teleportation）發揮作用的地方。量子隔空傳輸是一個真實存在的實體現象，但它本身實際上并不會傳輸或是瞬移任何粒子，它們真正所能傳輸的其實是不确定量子态的固有資訊，而這也正是我們需要傳輸過去的東西。

這一過程是通過一對糾纏粒子（entangled particles）來實作的。舉個例子，當我們有一對糾纏粒子的時候，将其中一個粒子送到我們的目标位置，我們就可以通過量子隔空傳輸的機制，将你所在位置的量子态資訊傳輸到目标位置，這一過程甚至可以在完全不知道，或是完全無法決定你所在位置的量子态資訊的情況下進行。

1993年，查爾斯·貝内特(Charles Bennett)、吉爾斯·布拉沙德(Gilles Brassard)和克洛德·克雷波(Claude Crépeau)等人在他們聯合撰寫的論文裡，發表了這一新發現。

在過去的20多年裡，量子隔空傳輸現象雖然已經被科學界所熟知，并在許多不同的環境下，得到了實驗的驗證，然而它的應用目前卻依然很局限：

• 它隻适用于一對粒子；
• 物質無法實作隔空傳輸；
• 光量子的交換需用從源位置傳輸至目标位置；
• 要實作在不丢失信号的情況下，去完成量子隔空傳輸受到傳輸距離的限制。

此前，傳輸距離的限制意味着你最遠隻能在幾千米的範圍内實作量子隔空傳輸。然而實際上，我們将資訊從一個未知量子态傳輸至另一個位置的能力，要遠比我們自己所想象的要大得多。

但傳輸距離仍是受限的，以緻于我們過去無法保證說資訊能被傳輸至一艘太空梭。而這也是為什麼我們說這次“将一個粒子從地球隔空傳送到了太空中的一顆衛星中”的這一新突破是如此的重要。

通過建立一個從地球到一顆太空衛星的通道連接配接，大多數的量子隔空傳輸都是通過一個空蕩蕩的空間實作的，是以它幾乎不會出現信号丢失的情況。就如這份新刊登出來的論文所描述的那樣：

“我們通過一個連接配接通道，首次實作将一個單獨光量子的量子位從地面天文台傳輸至了一顆地球低空軌道衛星上，實作了長達1400千米的量子隔空傳輸。”

當我們具備了足夠數量的光量子，我們就沒有理由不去相信我們能将藏在量子态的終極宏觀組合——活生生的一個人——裡面的資訊進行編碼，然後傳輸出去。然而不幸的是，具備了能編譯出一個人類的資訊和從一堆原始粒子材料中将一個活人建構出來，完全是兩碼事。

以我們目前的科技水準來說，我們要将活人用量子态建構出來是完全不可能實作的。知道一個人的資訊狀态——包括組成他的所有粒子的資訊——是一回事兒，但要重組這個人完全就是另外一碼事兒了。

如果我們足夠幸運的話，借助量子隔空傳遞技術，一個被傳輸來的單獨粒子的身上可以攜帶足夠的資訊，它能告訴你，你想要知道的某個人身上的一個粒子的資訊。然而，這一情況如果放大了再去看的話，就會變得非常複雜：

“人腦當中大約有1000億個神經元，它們之間存在着100萬億個聯系。這就意味着我們需要考慮大約2100,000,000,000,000個可能存在的量子态組合，這一數字甚至要超過我們已知宇宙中所有粒子的總數。”

“将一個粒子從地球隔空傳送到了太空中的一顆衛星中”的這一新突破，或許具有很高的應用前景，它或許能使量子計算機的研發取得革命性的突破，并将我們的計算能力提升到一個前所未有的新高度。

但如果要把人“瞬移”到其它地方，我們所需要提供的條件可不隻是要把一個人的資訊編寫進量子态那麼簡單。 

如果說我們隻需要一定數量的能組成人的“粒子”的話，那麼編寫人的“資訊”的問題或許是可以解決的。然而，要從“理論的草圖”裡把人給造出來——更不用說目标位置的那個“人造人”是否和源位置處的“本尊”是同一個人——完全就是另一個問題了。

如果我們能提出這個問題的解決方法，那“人類瞬移”才有可能從科幻小說的領域裡掙脫出來，成為現實。

原文釋出時間為：2017-07-22

本文作者：網易科技

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钛媒體

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