“我们可以利用量子隐形传态用少量信息重建复杂的物体。例如,人类基因组的大小约为 Gb。”
当你听到“量子隐形传态”()这个名字时,你是否会想到《星际迷航》中的隐形传态技术? 传送带可以瞬间传送千里之外的人或物,上班再也不用挤轻轨了~
事实上,量子隐形传态传输的是粒子的量子态。 它利用量子纠缠将粒子的未知量子态精确地传输到遥远的地方,而不传输粒子本身。
什么是量子纠缠? 举个例子,假设有一对双胞胎兄弟,小赛和小莫,如果你问他们同样的问题,他们会各自随机给出答案,但他们总是会给出相同的答案。 比如你问小莫:“草是什么颜色的?” 他可能会说:“黑色。” 当你问小赛同样的问题时,你会得到同样的答案。
它们的行为类似于一对纠缠粒子的行为。 一对纠缠的光子总是“协调一致”。
借助这些神奇的特性,我们可以实现量子隐形传态。 因此,我们需要三个光子:一个原始光子A,以及一对纠缠光子B和C。我们需要进行检测,但我们不是检测A或B,而是将它们输入到检测设备中以检测它们之间的关系,然后我们可以得到两位信息。 一旦获得此信息,两个光子 A 和 B 就会被破坏。 我们将两位信息传递给另一个光子 C——这个光子从未接近过 A。然后我们对光子 C 进行单独的操作以获得准确的副本,将 C 置于不再存在的光子 A 的状态。 [1]
(来源:参考文献[1])
整个过程我们没有进行任何复制。 自从我们销毁了原始光子以来,它的副本永远不会少于一份。 我们只是准备另一个光子,使其具有与原始光子A相同的状态,同时破坏原始光子。 而且我们不会以超光速传输A的状态,因为经典信息不可能以超过光速的速度传输。
那么,人可以通过这样的方式传送吗? 在2018年墨子沙龙“量子加密”活动上量子传输速度,青年记者就量子隐形传态相关问题对三位量子通信领域的先驱进行了独家采访。
Q=小记者(潘杜若、蔡宇轩、芬雅)
=,IBM研发中心化学家、信息理论家、现代量子信息论创始人之一
=, 加拿大学院院长、美国研究协会会长
Ekert=Artur Ekert,美国国家科学院量子技术中心主任、英国牛津大学物理研究所量子化学院士
唯有灵魂可以传递
问:您认为通过量子隐形传态在人体中传输信息在可预见的未来会成为现实吗?
: 就算没用。 这在原则上是很难实现的,因为需要发送的精致消息数量很多。 当你进行量子隐形传态时,即使大部分过程或神奇的部分是量子的,你仍然需要发送复杂的消息。 量子隐形传态需要发送到人体的经典信息量将超出我们的想象量子传输速度,更不用说启动这个过程需要多少纠缠了。 不幸的是,我认为这不会发生。
:也只考虑了(正确)信息量,其中往往还包含很多错误信息。
埃克特:量子隐形传态错误信息或量子隐形传态无知,这是一个大问题。
:啊对。 大家都知道阿舍·佩雷斯 (Asher Peres),他是量子隐形传态文章的六位作者之一 [2]。 他是一位非常有名的儒家学者。 曾经有记者问他:传送一个人是只传送人的感情还是灵魂一起传送?
他的回答是:只有灵魂。
埃克特:尽管如此,我们仍然可以量子传送少量信息来重建复杂的物体。 例如,人类基因组的大小约为 Gb。
:但是(量子隐形传态)是在量子层面。
艾克特:不一定。
:虽然这是规范信息; 你实际上并不需要量子隐形传态来传输它。 正如所强调的,您可以通过手机传输人类基因组。
:然后重建那头的人,但是没有记忆。
问:根据测不准原理,你无法同时知道粒子的准确位置和速度,所以这种情况不可能发生,对吧?
:虽然这正是量子隐形传态所能做到的。 您可以通过破坏原始量子态来创建完美的复制品。 你很难做到的就是通过量子隐形传态获得一个量子态的所有信息,然后构造出它的一个副本。 你可以破坏原来的量子态,然后创建一个相同的量子态。
:你无法以足够的精度知道粒子的位置和速度,或更准确地说是动量。
假设您想在其他地方重新创建相同的粒子,其速度和位置与原始粒子相同。 事实上,你无法通过检测同时获得原始粒子的精确速度和位置。 当然,也很难通过经典方法发送该信息,然后在另一个地方基于该信息重建粒子。
量子隐形传态的全部意义在于这是可以做到的。
通过量子隐形传态,我们可以在接收端重建出与原始粒子具有所有相同量子特性的粒子,尽管我们无法同时检测到这些量子特性,然后通过优雅的方法发送相关信息。
:而且你必须破坏原来的量子态。
埃克特:原始的量子态是不明确的,你无法得到粒子的准确位置和动量。 我们只能说粒子处于某种量子态。 量子隐形传态可以让你在其他地方重新创建一个具有相同位置和动量不确定性的量子态。 事实上,原来的量子态也会被破坏。
量子纠缠不是你想象的那样
问:据说(在量子纠缠中)粒子是成对出现的,如果你改变一个,另一个就会发生巨大的变化。 那么借助量子纠缠来传输信息是否可能呢?
: 请允许我打断一下。 人们通常是这样描述量子纠缠的,尤其是记者,但这毕竟不是量子纠缠的本质。 不存在这样的情况:你在这里做一件事,突然在别处发生另一件事。 这是完全错误的认识。
量子纠缠看起来像这样。 但基于这些理解,你将能够对你将要检测到的所有事物做出准确的预测,但事实并非如此。
:虽然你会得到错误的预测,但是也就是说,有即时通讯。
当我检查我的粒子时,它对你的粒子没有明显的影响。 但如果你测试你的粒子,我会知道你的测试结果。 虽然你的粒子的行为没有改变,但我只是了解我们的粒子是如何相关的,而且只有当我们最终比较检测结果时我才能得到这些信息。
:我对纠缠对中的一个粒子所做的任何事情都不会影响你拥有的另一个粒子。 只有当我们比较结果时,我们才会听到异常值。 而如果每个参与者只看他独立拥有的粒子——
:他不知道是否有另一个粒子被操纵。
: 回到你的问题。 是的,我们可以传送量子纠缠。 如果我是爱丽丝,那就是鲍勃。 爱丽丝和鲍勃最初因量子隐形传态而纠缠在一起。 然后,爱丽丝和埃克特纠缠在一起,因此之前的纠缠(爱丽丝和鲍勃之间)被打破。 所以我们可以像量子隐形传态一样实现量子隐形传态纠缠。
艾克特:回到最初的问题。 虽然没有即时通讯。 量子纠缠并不能帮助你实现这一点。
:爱因斯坦说不存在超光速的通讯。 就像爱因斯坦所说的一切一样,这句话至今仍被人们铭记。 而且他不喜欢纠缠,他称之为“幽灵般的远距离作用(ata)”。
:虽然,我认为正确的翻译应该是“ at a (ata)”。
:是的,远距离的幽灵行动。 所以,爱因斯坦不喜欢量子纠缠。 但即使是他也明白,量子纠缠中不存在瞬时通信。
任何读过德语或英语描述的人都会将其理解为远程操作,受控远程操作。
我有时会用这个反例来说明。 如果我有一对随机行为的魔法硬币,当我扔它们时,我无法预测它们是正面还是反面。 如果一对硬币中的一个在你手里,另一个在我手里,我们同时扔它们,它们似乎总是得到相同的结果。 仅仅看看我的硬币,我们不知道它们得到了相同的结果。 我们只能通过相互比较结果才能知道,而这个比较过程无法以超光速进行。
只要我们的两枚硬币保持独立随机,我们就很难检测到我们抛的硬币是相同的。 换句话说,如果我翻转我的硬币,它不会让你的硬币也翻转。