在量子纠缠的帮助下,量子态的塌缩是瞬间发生的。这就好比,你去北京出差,打开行李箱一看,只带了一只左手的手套。那么,你立刻就能知道,落在上海家中的另一只手套肯定是右手的。一个事件影响的传播超过了光速,这不符合定域实在论。终其一生,爱因斯坦都认为量子力学是个不完备的理论。

不过,后人在实验中成功地实现了量子纠缠,“墨子号”卫星将纠缠光子对分发到西海德令哈和滇南丽江地面站,更是刷新了量子纠缠的最远距离:1200公里。

这次,潘剑伟团队在量子纠缠的基础上更进一步,玩了一个更为匪夷所思的“魔术”:大变光子。

首先,科研人员在西藏阿里的地面站制备纠缠光子对a和b,将其中一个光子b分发给“墨子号”卫星,组成一条隐形传态的信道。科研人员同时对另一个地面上的光子c和a进行一个操作,称为“贝尔态测量”。根据量子的一些基本特性,光子c和a经过测量之后,他们的量子态会改变,与a处于纠缠态的b也会发生相应变化。在得到某一个测量结果时,光子b恰好会变到光子c最初的状态。

也就是说,一个与原来的光子a状态一模一样的光子,出现在了卫星上,仿佛光子a完成了“瞬间移动”。这里面有两个值得注意的地方:首先,这并不是光子本身被转移到卫星上,原来的光子a还在地面上,而且状态已经由于测量而改变了。所以,这中间并不存在“复制”的问题。

即使有朝一日,科技的发展真的能实现人类的隐形传态,我们也大可不必担忧世界上存在“两个我”的伦理问题。

另一方面,在量子隐形传态的过程中,信息的传播并没有超过光速。如果信息的发送方想要通过卫星这个中继站,把手中光子的量子态传给另一个地面站的接收方,那么他们需要通过传统的通信渠道,比如电话、短信或者互联网,沟通贝尔态测量结果。

1993年,ibm的查尔斯·本内特和其他5位科学家一起提出了量子隐形传态的构想。值得一提的是,此次潘剑伟团队发表在《自然》上的另一个实验,量子密钥分发,也是基于本内特和合作者在1984年提出的一个构想。

1997年,潘剑伟在他的老师、奥地利因斯布鲁克大学的蔡林格团队首次实现了单光子自旋态的传输。这篇题为《实验量子隐形传态》的论文后来入选了《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

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