作者：吳興川

說(shuō)起瞬間移動(dòng)，歐美科幻愛(ài)好者腦海里，會(huì)浮現(xiàn)出《星際迷航》中的光波傳送系統(tǒng)，而和我一樣看《七龍珠》長(zhǎng)大的小伙伴們，一定會(huì)想起孫悟空那個(gè)，把手指往頭上一放，瞬間移動(dòng)到遙遠(yuǎn)宇宙角落的經(jīng)典畫(huà)面。

第一次看七龍珠或者星際迷航的時(shí)候，相信很多年紀(jì)尚幼的小伙伴都曾經(jīng)有過(guò)這個(gè)念頭：我要是也能這么瞬間移動(dòng)，那該有多好！

那么問(wèn)題來(lái)了。

瞬間移動(dòng)，僅僅是科幻嗎？

某種程度上，瞬間轉(zhuǎn)移是有科學(xué)依據(jù)的。前提是，瞬間轉(zhuǎn)移的速度不能超過(guò)光速。

科學(xué)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的瞬間移動(dòng)技術(shù)，我們稱為量子隱形傳態(tài)。

量子隱形傳態(tài)指的是利用“量子糾纏”技術(shù)，借助衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)等經(jīng)典信道，傳輸量子態(tài)攜帶的量子信息。

先解釋一下，什么是量子糾纏。

1935年，愛(ài)因斯坦、羅森和鮑里斯·波多爾斯基合作撰寫(xiě)了一篇論文。因?yàn)檫@篇論文，三位作者被合稱為EPR。在這篇著名的論文中，EPR提出，量子力學(xué)允許相距遙遠(yuǎn)的物體之間存在某種奇特的關(guān)聯(lián)，即糾纏。

比如，在實(shí)驗(yàn)室中制造出一對(duì)電子，它們的總角動(dòng)量為零。什么意思呢？就是說(shuō)，一個(gè)電子的自旋和另外一個(gè)電子的自旋方向平行，但完全相反。

那么，無(wú)論我把這對(duì)電子放在多遠(yuǎn)的距離，它們的總自旋，總是等于零。

也就是說(shuō)，如果你觀測(cè)其中一個(gè)電子，發(fā)現(xiàn)它的是自旋向上的，那么，另外一邊的電子，一定是自旋向下的。

而且，其中任意電子的狀態(tài)是隨機(jī)分布的，每次觀察時(shí)，有時(shí)候自旋向上，有時(shí)候自旋向下，但無(wú)論你觀察時(shí)它處于什么狀態(tài)，另外一個(gè)電子的自旋總是和它相反。

我們把這對(duì)具有不受距離限制關(guān)聯(lián)的電子的狀態(tài)，稱為量子糾纏。

愛(ài)因斯坦把這個(gè)不可思議的糾纏，叫做幽靈般的超距作用。

雖然理論上感覺(jué)不可思議，但量子糾纏的真實(shí)性，是切切實(shí)實(shí)被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了的。它可以存在于電子之間，也可以存在于光子或其他粒子之間。

2017年6月16日，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號(hào)首先成功實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)處于糾纏態(tài)的光子被分別發(fā)送到相距超過(guò)1200公里的距離后，仍可繼續(xù)保持其量子糾纏的狀態(tài)。

那量子糾纏是怎么樣和量子瞬移聯(lián)系起來(lái)的呢？

因?yàn)榱孔蛹m纏是非定域的，兩個(gè)糾纏態(tài)的粒子無(wú)論相距多遠(yuǎn)，測(cè)量其中一個(gè)的狀態(tài)必然能同時(shí)獲得到另一個(gè)粒子的狀態(tài)，所以科學(xué)家自然而然地就會(huì)想到，是不是能利用量子之間這種跨越空間的糾纏態(tài)，用來(lái)進(jìn)行信息傳輸，甚至用來(lái)傳輸實(shí)體呢？

然后，科學(xué)家開(kāi)始致力于對(duì)量子傳輸，也就是量子隱形傳態(tài)的研究和驗(yàn)證。

1997年，奧地利蔡林格科學(xué)小組成功地把一個(gè)光子的任意偏振態(tài)，完整地傳輸?shù)搅硪粋€(gè)光子上，這是科學(xué)家首次完成了量子隱形傳態(tài)的原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

值得一提的是，我國(guó)在量子領(lǐng)域的研究處于世界先進(jìn)水平，2017年，潘建偉團(tuán)隊(duì)利用墨子號(hào)衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)。

說(shuō)的這里，肯定會(huì)有小伙伴說(shuō)，哇好厲害，那是不是說(shuō)，未來(lái)的某一天，我們也可以像孫悟空，嗖地一下，就瞬間移動(dòng)了呢？

目前來(lái)說(shuō)，幾乎不可能。

這項(xiàng)技術(shù)之所以叫做量子隱形傳態(tài)，是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)傳送的，并不是實(shí)體，而是信息，而且是量子之間的信息。

怎么解釋呢？

比方說(shuō)，我們把兩個(gè)處于糾纏態(tài)的量子分別放在距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)地方，然后通過(guò)量子傳輸?shù)姆绞剑屃孔覥和量子A作用，把量子C的狀態(tài)從量子A的位置傳輸給量子B，使得遙遠(yuǎn)的量子B，呈現(xiàn)出量子C的狀態(tài)。

有人說(shuō)，那實(shí)體不也是由量子構(gòu)成的嗎？比如人體，只要把構(gòu)成人體的所有量子的狀態(tài)信息，傳輸給另外一個(gè)地方，不就可以實(shí)現(xiàn)瞬間移動(dòng)了嗎？

從理論上來(lái)說(shuō)，這種可能性確實(shí)存在，但實(shí)際操作則難度極大。

首先，如前所述，量子隱態(tài)傳輸傳送的是信息，而構(gòu)成人體的量子，從數(shù)量上來(lái)說(shuō)是極其巨大的，其承載的信息之豐富，更是難以想象，要傳輸如此龐大的信息量，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。

其次，只有已經(jīng)處于糾纏態(tài)的兩個(gè)量子，才能進(jìn)行隱形傳態(tài)，如果你想實(shí)現(xiàn)瞬間移動(dòng)，就需要在目標(biāo)區(qū)域，預(yù)先設(shè)置好和你本人的量子處于糾纏態(tài)的量子，然后進(jìn)行信息傳輸，而不是理想中的，想到哪兒就到哪兒。

最后一點(diǎn)，瞬間移動(dòng)，其實(shí)并不是真的瞬間。

在劉慈欣經(jīng)典著作《三體》里，有這樣一個(gè)情節(jié)，三體星的科學(xué)家，把兩顆處于糾纏態(tài)的質(zhì)子分別放置于三體星和地球，而這兩顆質(zhì)子可以瞬間進(jìn)行通信。

從科學(xué)上說(shuō)，這個(gè)設(shè)定違背了愛(ài)因斯坦的光速不變?cè)怼?/p>

怎么理解呢？

雖然兩個(gè)糾纏的粒子能夠在無(wú)論多遠(yuǎn)的距離同時(shí)表現(xiàn)出“糾纏中”的狀態(tài)，但僅靠量子糾纏是無(wú)法完成信息傳輸?shù)摹?/p>

為了傳遞信息，依然需要借助經(jīng)典通信的信道，而經(jīng)典信道無(wú)法超越光速，從而使得量子糾纏傳遞信息不能超越光速。

通過(guò)這張圖，我們可以比較直觀地了解糾纏的粒子是如何借助經(jīng)典信道傳遞信息的。

量子隱形傳態(tài)示意圖

所以，處于糾纏狀態(tài)的一對(duì)粒子可以建立一個(gè)量子信道，但如果這對(duì)糾纏的粒子之間要彼此傳遞信息，則需要低于光速的經(jīng)典信道輔助傳遞信息，才能還原出真實(shí)的量子態(tài)，也就是說(shuō)，量子隱態(tài)傳輸?shù)乃俣?，最快也就是光速，而不是瞬間完成。

不得不說(shuō)，量子力學(xué)這門(mén)科學(xué)，近些年被某些人過(guò)度地神秘化甚至玄幻化，仿佛量子力學(xué)已經(jīng)無(wú)所不能，其實(shí)并不是這樣的，雖然量子物理相比經(jīng)典物理具有很大的顛覆性，但同樣是有其所遵循的嚴(yán)格物理規(guī)律。

所謂的玄學(xué)、神秘學(xué)，只會(huì)讓世界越來(lái)越模糊，而科學(xué)，則會(huì)讓世界變得越來(lái)越清晰。

注：本文特別感謝量子物理專家張文卓老師的專業(yè)指導(dǎo)。

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