“量子隐形传态”实验:能实现科幻中的超时空传输吗?

2016年08月16日16:27  来源:新华网
 
原标题:“量子隐形传态”实验:能实现科幻中的超时空传输吗?

  科幻电影《星际迷航》讲述了人类这样一个梦想:宇航员在特殊装置中平静地说一句,“发送我吧,苏格兰人”,他就瞬间被转移到另一个星球。

  中国16日成功发射了世界首颗量子卫星,科学家将在“世界屋脊”西藏阿里和这颗卫星之间开展“量子隐形传态”实验。这与《星际迷航》中的超时空传输很类似。当然,它们并不相同——在中国科学家开展的量子隐形传态实验中,被传输的是信息而非实物。

  什么是量子隐形传态?

  中国科学院院士、量子卫星首席科学家潘建伟喜欢用孙悟空的“筋斗云”来比喻量子隐形传态:“在古典四大名著之一的《西游记》里,孙悟空一个‘筋斗云’就能越过十万八千里。明朝的作家吴承恩怎么也不会想到,几百年后科学家已经在微观粒子层面的实验上验证了‘筋斗云’这种超能力的可实现性。利用量子纠缠发展出的量子隐形传态,可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点,就像孙悟空的‘筋斗云’一样,可以实现从A地到B地的瞬间传输。”

  专家解释说,把粒子A的未知量子态传输给远处的另一个粒子B,让B粒子的状态变成A粒子最初的状态。注意传的是状态而不是粒子,A、B的空间位置都没有变化,并不是把A粒子传到远处。当B获得这个状态时,A的状态必然改变,任何时刻都只能有一个粒子处于目标状态,所以并不能复制状态,或者说这是一种破坏性的复制。

  中国科学家的突破

  量子隐形传态是1993年由六位物理学家联合提出的。1997年潘建伟的老师、奥地利物理学家蔡林格带领的团队首次实现了传送一个光子的自旋。他们在《自然》上发表了一篇题为《实验量子隐形传态》的文章,潘建伟是第二作者。这篇文章后来入选了《自然》杂志的“百年物理学21篇经典论文”,跟它并列的论文包括伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等。

  事实上,在量子态隐形传态的漫长旅程中,每一点距离的进步都可以被视为一座里程碑。虽然最初的传输距离仅为数米,但美国《科学》杂志的评语是:“尽管想要看到《星际迷航》中‘发送我吧’这样的场景,我们还得等上很多年,但量子态隐形传态这项发现,预示着我们将进入由具有不可思议能力的量子计算机发展而带来的新时代。”

  但接下来,发展并不算顺利。直到2004年,蔡林格小组才利用多瑙河底的光纤信道,将量子隐形传态距离提高到600米。2009年,潘建伟的研究组与清华大学合作,在北京八达岭与河北怀来之间实现了16公里的量子态隐形传态,相当于此前世界纪录的27倍。2012年,潘建伟和他的团队实现了100公里自由空间的量子态隐形传输。

  2015年,潘建伟团队首次实现单光子多自由度的量子隐形传态,首次证明了一个粒子的所有性质在原理上都是可以被传输的。完整意义的量子隐形传态,应该说是2015年才实现的。

  英国物理学会新闻网站《物理世界》评选的2015年度国际物理学十大突破中,潘建伟团队的这一成果位列榜首。这是在中国本土完成的研究工作第一次获此殊荣。

  实物的瞬时传送还是科幻

  潘建伟团队的这一突破可以看成是量子隐形传态从一到多的里程碑,预示着以后可能把更复杂的多体系统的信息一次给传输走。换句话说,《星际迷航》中人体“瞬时传输”技术在遥远的未来,或许可以实现。

  “大家都想离开太阳系去看看,但毕竟寿命是有限的,如果我们坐目前的宇宙飞船的话,人类还没飞出去,生命就结束了。我们将来如果以这种量子隐形传态的方法星际旅行,是可以光速进行的。”潘建伟说,不过,要传送更为复杂的东西现在还是一种科学幻想,近期肯定不可能实现。

  《生活大爆炸》中谢耳朵曾经谈到过“瞬间传输”的伦理问题:“如果我能够在此地被摧毁,然后在异地重建,那么使用了不同原子重建的我,还是我吗?”

  暂时还不用担心这个问题。科学家的研究距离宏观物体的远距传输还差得很远,而目前量子隐形传态研究的主要应用在于量子通信和量子计算。(记者喻菲 杨春雪 高杉)

(责编:木胜玉、朱红霞)