新闻资讯

量子世界的瞬移,与我们想象的不一样

2005年,物理学家阿舍尔·佩雷斯(Asher Peres)在《今日物理学》杂志提问栏目上告诉我们,当一位记者问他量子隐形传态能否同时传送人的灵魂和身体时,科学家回答:“不,不是身体,而是灵魂。“佩雷斯的回答不仅是一个简单的幽默笑话,还提供了一个完美的解释,用一个隐喻来诠释我们在科幻小说中见过无数次的过程的真实性。事实上,确实存在隐形传态,在现实世界中,尽管它与星际迷航系列中著名的《星际迷航,史考特!》大不相同。

得益于佩雷斯和其他五位研究人员在《物理评论快报》上发表的理论研究,真实科学中的隐形传态理论于1993年开始形成,为量子隐形传态奠定了基础。显然,这是合著者查尔斯·贝内特(Charles Bennett)的想法,将拟议的现象与流行的传送思想联系起来,但小说和现实之间有着本质的区别:在后者中,传播不是问题,而是信息,将信息从原始物质转移到目标物质。

量子隐形传态基于物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)、他的同事鲍里斯·波多尔斯基(Boris Podolsky)和内森·罗森(Nathan Rosen)在1935年描述的假设,被称为EPR悖论。由于量子物理学定律的缘故,有可能获得两个粒子并将它们在空间中分开,以便它们将继续共享它们的属性,成为一个整体的两半。 因此,对其中一个A(在A或Alice上,根据使用的术语)的作用将立即对另一个B(对B或Bob)产生作用。用爱因斯坦的话来说,这种“远距离的怪异行为”似乎有能力突破光速的极限。

图:该图展示了处于纠缠量子态的原子。左侧原子A的状态表示的信息被传送到三英尺外的原子B。这种现象的理论,称为量子纠缠,后来在1964年由约翰·斯图尔特·贝尔提出,并得到了许多实验的证实。佩雷斯、贝内特及其合作者提出,第三个粒子可以与爱丽丝(Alice)量子的相互作用,失去一个量子态(其物理特性之一的值)转移到鲍勃(Bob)量子状态,这样它就能获得该状态。如果没有物质的转移,鲍勃(Bob)量子将被转换成爱丽丝(Alice)互动粒子的副本,并且它们之间永远不会发生物理接触。

自1998年以来,各种实验已经实现了这种量子隐形传态,首先使用单个光子,然后使用原子和更复杂的系统。起初,在很短的距离内,这种现象就得到了证明,在随后的研究中又增加到数百米和数千米。目前的记录是,将距离地球1,400公里的光子传送到地球轨道上的“墨子号”量子卫星,这项成就是由中国合肥科技大学的潘建伟领导的团队于2017年成功完成。

在这些实验中,传输的信息是按比特编码的信息。在传统意义上,位是二进制信息的基本单位,其取值为0或1。在应用于量子态时,位可能包含有关例如粒子自旋(一种自旋)的信息。但是在量子的量子形式位中,其值可以是0和1或另一个值(例如2),因为量子力学允许状态重叠。这就是为什么量子计算被视为比传统计算更强大的技术的原因,因为它的存储和处理信息的能力要大得多。

但是,必须强调的是,量子隐形传态不能立即或以比光速更快的速度传输数据。原因是鲍勃(Bob)需要获取有关爱丽丝(Alice)的测量的其他信息,这些信息不会通过纠缠的粒子系统传输,因此必须通过另一个通道发送。对于每个传送的量子比特,必须传输两个经典位,这只能通过传统方式来完成,最多只能达到光速。

但是尽管有此限制,但随着量子技术达到新的里程碑,量子隐形传态的可能性越来越有希望。今年,两组研究人员首次报告了量子态或三维信息单元(可以采用三个值,0、1 和 2)的传输情况。 “两项研究都证明了量子的隐形传态。“中国科技大学的物理学家柳必恒解释说,“主要的区别在于我们使用的方法。”

图:奥地利和中国的科学家首次成功地转移了三维量子态(符号图像)。但是,目前两个研究小组之间仍有争议。正如物理学家陆朝阳(也来自中国科技大学)对我们解释说,隐形传态的量子性质尚未被证明。”相关论文发表在《物理评论快报》中。维也纳大学的同一项研究的合著者曼努埃尔·埃哈德(Manuel Erhard)也认为,在刘的实验中,“测量和结果不足以证明真正的三维和通用量子隐形传态。”柳必恒为他的结果辩护:“我们已经完成了数字模拟,并证实了量子的隐形传态。”

争议还延伸到将系统扩展到更多维度的可能性。根据柳的说法,“这两种方案具有可扩展性。”埃哈德认为自己的系统可以轻松扩展到任何维度,“进一步提高维度是技术发展的问题,”埃哈德补充说。

但是,将这些实验扩展到更多维度有什么意义呢? 高维量子隐形传态可应用于量子网络。“埃哈德向我们解释道,因此,我们设想未来量子网络将基于更高维的量子隐形传态。这样的网络具有更高的信息容量和更大的抗干扰能力的优势。”

因此,从量子位到量子态,再从量子态到量子计算,等等,现在为未来的量子计算网络奠定了基础。陆朝阳预测他的系统将实现所谓的量子霸权,即解决经典计算无法解决的问题的能力:“我们正在实施称为玻色子采样的多光子多维量子计算实验,希望在不久的将来,我们能够控制 30至50个光子,实现量子霸权。”

地址:四川省成都市柏溪镇桂园路 电话:86-028-88786380 传真:86-028-88786382

成都竹溪酒业有限公司 版权所有  蜀ICP备15027639号 XML地图