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這個(gè)問題詳細(xì)解釋一下。
量子瞬時(shí)傳輸技術(shù)科普，保證讓你看懂！
袁蘭峰
2015年3月，有消息稱“中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉項(xiàng)目組在量子瞬時(shí)傳輸技術(shù)方面取得重大突破”（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉項(xiàng)目組已量子瞬時(shí)傳輸技術(shù)取得重大突破）。 該成果隨后被英國物理學(xué)會(huì)評(píng)為2015年物理學(xué)十大突破第一名，并被中國科技部評(píng)為2015年中國十大科學(xué)進(jìn)展第一名。 這個(gè)消息一出，不少人都激動(dòng)不已，圍觀的人群也擠滿了人。 什么樣的興奮方法？ 有兩種最常見的反應(yīng)。 一是：“你說的每一個(gè)字我都認(rèn)識(shí)，但你說的我什么都聽不懂！比如！！” 可以縮寫為“未知意識(shí)”。 另一條是：“到了公交車站，刷卡物理學(xué)家拉摩，選擇位置，‘biu’的一聲就出現(xiàn)了目的地公交車站！太棒了！” 它可以縮寫為“傳送”。 事實(shí)上，這兩種反應(yīng)都被小編誤導(dǎo)了。 因?yàn)樾【幍膱D片是《星際迷航》中的隱形傳物裝置（他們每一篇涉及量子隱形傳態(tài)的報(bào)道都會(huì)有這張圖片），所以后者很重視。 前者可能仔細(xì)閱讀了這份報(bào)告，發(fā)現(xiàn)它無法連接成一個(gè)完整的故事。 沒辦法，懂科學(xué)原理的編輯不多，我能想到的“日常生活”對(duì)等詞就只有這個(gè)“beam me up”了。 真的要專業(yè)人士做精準(zhǔn)科普嗎？
星際迷航中的傳送裝置
我的專業(yè)是理論物理化學(xué)，所以量子信息不是我應(yīng)該科普的東西。 不過我至少比大眾了解多一點(diǎn)，我咨詢了潘建偉院士課題組的同事陳博士。 雖然陳博士不是這篇文章的作者，并且多次聲稱他不是這樣做的，并且對(duì)整個(gè)量子信息的了解有限（這是科研人員的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)度，每一個(gè)證據(jù)都不言而喻） ，但是他還是提供了很多深入的解釋，非常感謝。 從那時(shí)起，我覺得我對(duì)這部作品有了一定的宏觀層面的了解，可以向公眾解釋它了。 雖然對(duì)于業(yè)內(nèi)人士來說可能顯得很膚淺，但它至少可以澄清一些誤解，讓大家了解這個(gè)成就到底是什么、不是什么、它在科學(xué)史上的地位以及它有多么重要。 我的敘述會(huì)盡可能簡潔，讓高中以上文化程度的人能夠理解，同時(shí)我會(huì)力求準(zhǔn)確，給出正確的科學(xué)形象。 事實(shí)上，準(zhǔn)確的表達(dá)往往比似是而非的表達(dá)更容易理解。 這是我看了很多半懂不懂的報(bào)告和教材后的感受。 簡而言之，我保證你知道！ 如果你還是不明白……再讀一遍！ :-)
該成果于2015年2月26日以封面標(biāo)題發(fā)表在國際頂級(jí)科學(xué)期刊《自然》（）上。作者為中科大合肥微尺度物理科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室潘建偉院士和陸朝陽教授。中國技術(shù). 等人的文章標(biāo)題為“單光子多自由度量子隱形傳態(tài)”（“of a”）。 這里的新成就是“多自由度”，因?yàn)閱喂庾訂巫杂啥鹊牧孔与[形傳態(tài)在1997年就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。那么，光子是什么？ （光子是光的最小單位，我們每天看到的一束光含有很多光子。）什么是自由度？ 什么是量子？ 什么是態(tài)度？ 什么是量子隱形傳態(tài)？
潘建偉、陸朝陽
如果一個(gè)物理量有最小的不可分割的基本單位，我們就說這個(gè)物理量是量子化的，這個(gè)最小的單位就稱為量子。 光子是光的量子。 一束光至少含有一個(gè)光子，少了一個(gè)就不會(huì)存在。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，原子中電子的能量并不是連續(xù)變化的，而只能取一些離散值。 也就是說，原子中電子的能量是量子化的。 量子化是微觀世界中的普遍現(xiàn)象。 20世紀(jì)上半葉（主要是1900年至1930年），普朗克、愛因斯坦、德布羅意、玻爾、海森堡、薛定諤、狄拉克、玻恩、泡利等偉大物理學(xué)家創(chuàng)造了量子力學(xué)，這是我們目前對(duì)量子力學(xué)最準(zhǔn)確的描述。微觀世界。 相對(duì)論幾乎是愛因斯坦一個(gè)人創(chuàng)造的，但量子力學(xué)卻是恒星的產(chǎn)物。 愛因斯坦在其中也扮演了非常重要的角色（提出光量子，這就是他獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的原因——它不是相對(duì)論！），但他不是最重要的，兩個(gè)最重要的貢獻(xiàn)者。 是普朗克和海森堡。 不過，無論是誰在上面，都比活著的物理學(xué)家偉大得多（也許楊振寧離泡利不是很遠(yuǎn)？）。 這是時(shí)代的恩惠，是個(gè)人無法改變的。
普朗克
海森堡
量子力學(xué)用來描述世界的語言與經(jīng)典力學(xué)的語言有著根本的不同。 經(jīng)典力學(xué)描述了粒子的狀態(tài)，說明它的位置和動(dòng)量。 不言而喻，在任何時(shí)刻，粒子總是處于某個(gè)位置并具有一定的動(dòng)量，即使你不知道它是什么。 量子力學(xué)描述了粒子的狀態(tài)，但它給出了狀態(tài)函數(shù)或狀態(tài)向量。 這個(gè)狀態(tài)向量并不位于我們?nèi)粘？吹降娜S空間中，而是位于數(shù)學(xué)抽象的線性空間中。 我們不需要深究這里到底是一個(gè)什么樣的空間。 關(guān)鍵是兩個(gè)狀態(tài)向量之間可以進(jìn)行“內(nèi)積”（或“點(diǎn)積”）運(yùn)算。 什么是內(nèi)積？ 在三維空間中，兩個(gè)向量 a 和 b 的內(nèi)積 (a, b) 得到它們的長度乘以它們之間的角度的余弦的乘積。 當(dāng)兩個(gè)向量方向相同時(shí)，角度的余弦等于1；當(dāng)方向相反時(shí)，角度的余弦等于1；當(dāng)兩個(gè)向量彼此垂直時(shí)，角度的余弦等于0。 因此，內(nèi)積的絕對(duì)值越大，兩個(gè)向量的方向越接近。 也可以對(duì)兩個(gè)狀態(tài)向量計(jì)算這樣的內(nèi)積，內(nèi)積的絕對(duì)值代表它們的相似程度。
兩個(gè)向量的內(nèi)積
OK，現(xiàn)在來了一個(gè)令人難以置信的新概念：對(duì)于任何物理量P（例如位置、動(dòng)量），狀態(tài)向量都可以分為兩類。 一種類型有一個(gè)確定的P，稱為P的本征態(tài)，P的值稱為該本征態(tài)的本征值； 另一種類型沒有確定的 P，稱為 P 的非本征態(tài)。非本征態(tài)比本征態(tài)多得多，就像無理數(shù)比有理數(shù)多得多一樣。 也就是說，大多數(shù)情況下，粒子是沒有確定位置的！ 等等，“沒有確定的位置”是什么意思？ 是不是因?yàn)榱Ｗ优艿锰欤覀兛床磺宄?量子力學(xué)不談這種傳統(tǒng)的（也是錯(cuò)誤的）理解，而是說：非本征態(tài)是客觀真實(shí)的狀態(tài)，它和本征態(tài)一樣客觀真實(shí)。 它沒有固定的位置，因?yàn)樗举|(zhì)上就是這樣。 ，不是因?yàn)槲覀兊男畔⒉煌暾?例如，有些狀態(tài)可以用指向上、下、左、右的箭頭來表示，所以你將“方向”定義為一個(gè)物理量，但也有一些狀態(tài)是一個(gè)圓圈！ 圓圈狀態(tài)與箭頭狀態(tài)一樣真實(shí)，但它沒有明確的方向。
但讀者仍然會(huì)感到困惑，因?yàn)槲覀兛偸强梢杂脙x器來測量粒子的位置，而測量的結(jié)果總是粒子出現(xiàn)在一個(gè)地方，而不是同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方，或者被測量無處。 好了，這里是量子力學(xué)的關(guān)鍵思想：在P的本征態(tài)上測量P時(shí)，粒子的狀態(tài)沒有改變，測量到的就是這個(gè)本征態(tài)的本征值。 在 P 的非本征態(tài) s 上測量 P 將導(dǎo)致粒子的狀態(tài)突然從 s 變?yōu)?P 的某個(gè)本征態(tài) f。概率是 s 和 f 的內(nèi)積絕對(duì)值的平方 | (s,f)|^2，這個(gè)變異發(fā)生后測得的就是f的特征值。 從 s 到 f 的狀態(tài)突變的概率為 |(s, f)|^2。 實(shí)際含義是，兩個(gè)狀態(tài)越相似，概率就越大。 還是用上面的例子，如果測量箭頭狀態(tài)的方向，如果狀態(tài)不變，就得到箭頭的方向； 如果你測量圓圈狀態(tài)的方向，圓圈狀態(tài)將以相同的概率改變?yōu)槿魏渭^狀態(tài)，并且你將得到這個(gè)新的箭頭狀態(tài)的方向。 通過測量該位置的非本征態(tài)的位置，將測量粒子出現(xiàn)在隨機(jī)位置，并且出現(xiàn)在空間中所有位置的概率之和等于1。
你怎么知道測量結(jié)果是隨機(jī)的？ 準(zhǔn)備多個(gè)相同狀態(tài)的粒子，重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次，你會(huì)發(fā)現(xiàn)每次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都不一樣。 是的，量子力學(xué)本質(zhì)上是隨機(jī)的，同樣的原因可能會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果。 這是與經(jīng)典力學(xué)的又一大區(qū)別。
有人可能會(huì)問，如此奇怪的測量本質(zhì)是什么？ 答案是：量子力學(xué)最大的謎團(tuán)之一是沒有人知道測量的本質(zhì)！ 目前，測量只能理解為操作性定義：對(duì)本征態(tài)的測量不改變狀態(tài)，得到特征值； 對(duì)非本征態(tài)的測量隨機(jī)將其變?yōu)楸菊鲬B(tài)，并得到相應(yīng)的本征值。 價(jià)值。
你可能會(huì)覺得上面的說法令人費(fèi)解，但現(xiàn)在大多數(shù)科學(xué)家都相信它們。 為什么？ 因?yàn)檫@個(gè)奇怪的理論與實(shí)驗(yàn)非常吻合，但經(jīng)典力學(xué)卻不然。 當(dāng)然，這是一個(gè)哲學(xué)原因，操作原因很簡單：今天的科學(xué)家都受過量子力學(xué)的教育。 普朗克有句話很有趣：“新的科學(xué)真理不是靠說服對(duì)手而獲勝，而是因?yàn)閷?duì)手死了，熟悉它的新一代人成長起來。” 單詞！
事實(shí)上，對(duì)量子力學(xué)提出各種挑戰(zhàn)的人還有很多，包括很多專業(yè)科學(xué)家，甚至更多的民間科學(xué)家（當(dāng)然還有更多的民間科學(xué)家挑戰(zhàn)相對(duì)論）。 歷史上，挑戰(zhàn)量子力學(xué)的力量變得更加強(qiáng)大，而其中的領(lǐng)軍者就是愛因斯坦！ 老艾堅(jiān)信粒子應(yīng)該有確定的位置和動(dòng)量，世界的演化應(yīng)該是決定性的。 他對(duì)上述量子力學(xué)的不確定性和隨機(jī)性非常不滿意。 用他自己的話說，他相信“無人看月時(shí)，月亮依然存在”，“上帝不擲骰子”。
愛因斯坦相信：“上帝不擲骰子。”
如果你是一個(gè)普通人，表達(dá)你的信仰之后就沒事了。 但愛因斯坦是一位超級(jí)偉大的科學(xué)家，是一位神一般的人物。 他不滿足于僅僅說說而已。 他計(jì)劃按照科學(xué)規(guī)范設(shè)計(jì)一個(gè)決定性的實(shí)驗(yàn)，以可驗(yàn)證的方式證明量子力學(xué)的錯(cuò)誤。 于是，1935年，愛因斯坦（）、波多爾斯基（）和羅森（Rosen）提出了思想實(shí)驗(yàn)，后人以他們名字的首字母命名為EPR實(shí)驗(yàn)。 你可以準(zhǔn)備兩個(gè)粒子A和B的“圓”態(tài)，使得在該狀態(tài)下兩個(gè)粒子的某個(gè)性質(zhì)（如電子的自旋角動(dòng)量、光子的極化）相加為零，并且單個(gè)粒子的這種性質(zhì)是不確定的。 這樣的一對(duì)粒子被稱為“EPR對(duì)”，屬于量子力學(xué)中的“糾纏態(tài)”，因?yàn)閮蓚€(gè)粒子的性質(zhì)是不可分割地糾纏在一起的。 然后你將這兩個(gè)粒子在空間中分開很遠(yuǎn)，任意遠(yuǎn)，然后測量粒子 A 的這個(gè)屬性。例如，如果你測量 A 為“向上”，那么你立即知道 B 現(xiàn)在是“向下”。 就像成龍電影《雙龍》中的心靈感應(yīng)雙胞胎。 其中一個(gè)執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作，另一個(gè)無論距離多遠(yuǎn)都會(huì)執(zhí)行相同的動(dòng)作（方向相反）。 問題是，由于A和B相距很遠(yuǎn)，B如何知道A發(fā)生了變化，然后做出相應(yīng)的變化呢？ EPR認(rèn)為A和B之間存在“幽靈般的超距作用”，信息傳輸?shù)乃俣瘸^了光速，違反了相對(duì)論。 因此，量子力學(xué)一定有問題。
成龍《二龍俱樂部》
這個(gè)問題非常深刻，至今仍然激勵(lì)著人們。 然而，量子力學(xué)的正統(tǒng)捍衛(wèi)者有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案：處于糾纏態(tài)的A和B是一個(gè)整體。 當(dāng)您測量 A 時(shí)，A 和 B 同時(shí)發(fā)生變化。 并不是A改變了然后傳輸消息。 給B，B又改變了，所以這里沒有信息傳遞，不違反相對(duì)論。 這個(gè)答案怎么樣？ 不管你信不信，我反正信了。 然而，愛因斯坦從不相信這一點(diǎn)，并且一生都作為他幫助創(chuàng)建的理論的反對(duì)者而生活。
在愛因斯坦時(shí)代，EPR 實(shí)驗(yàn)只能在頭部進(jìn)行。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。 20世紀(jì)80年代，等人進(jìn)行了EPR實(shí)驗(yàn)。 你猜結(jié)果是什么？ 與量子力學(xué)的預(yù)測完全一致！ 實(shí)際上，當(dāng)您測量 EPR 對(duì)中的 A 處于“上升”狀態(tài)時(shí)，B 就會(huì)變?yōu)椤跋陆怠薄?它本來是為了否定量子力學(xué)，但卻驗(yàn)證了量子力學(xué)的正確性。 這種事情在科學(xué)史上經(jīng)常發(fā)生。 19世紀(jì)，泊松主張光是粒子，菲涅爾主張光是波。 。 1818年，菲涅爾計(jì)算了圓孔和圓板形狀的障礙物產(chǎn)生的衍射圖樣。 泊松指出，根據(jù)菲涅爾理論，在其正后方的不透明圓板的中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。 他認(rèn)為這是不可能的，并聲稱駁斥了波浪理論。 但菲涅爾和阿拉戈立即進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，果然出現(xiàn)了亮點(diǎn)，波動(dòng)理論獲得了偉大的勝利。 后人幽默地將這個(gè)亮點(diǎn)稱為泊松點(diǎn)。 這正是尼采所說的：“殺不死我的，將使我更堅(jiān)強(qiáng)！”
泊松點(diǎn)
由于EPR現(xiàn)象是真實(shí)存在的效應(yīng)而不是愛因斯坦等人認(rèn)為的悖論，所以人們就想到了利用它。 量子隱形傳態(tài) ( ) 是一個(gè)重要的應(yīng)用。 這是1993年根據(jù)量子力學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案。 英文單詞是科幻藝術(shù)中的瞬間傳遞。 Tele 表示遠(yuǎn)方，port 表示傳輸。 因此，編輯報(bào)道此類新聞時(shí)，總會(huì)附上人物照片。 《星際迷航》中的史波克發(fā)來賀電。 ！ 然而，量子隱形傳態(tài)實(shí)際上所做的是將一個(gè)粒子A的量子態(tài)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)遙遠(yuǎn)的粒子B，使B成為A的原始狀態(tài)。傳輸?shù)氖菭顟B(tài)而不是粒子。 當(dāng)然，你可以說，傳人也是將人所有原子的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處的另一堆原子上，將它們組合成同一個(gè)人。 好吧，我不反對(duì)，但是為了避免混淆，中國科學(xué)家還是小心翼翼地將其翻譯成了。 這個(gè)中文名其實(shí)比英文名好聽多了。 準(zhǔn)確、簡潔，體現(xiàn)了漢語的優(yōu)勢(shì)。
量子隱形傳態(tài)
量子隱形傳態(tài)的基本思想是這樣的：讓第三個(gè)粒子C和B組成EPR對(duì)，并且C距離A很近，距離B很遠(yuǎn)。讓A和C相互作用，改變C的狀態(tài)，所以B的狀態(tài)也隨之改變。 此時(shí)，兩個(gè)粒子集A和C有四種可能的狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)字符串00、01、10和11。 B的狀態(tài)也有四種可能。 每一種可能性都在一定程度上類似于A的初始狀態(tài)（即你想要傳輸?shù)哪繕?biāo)狀態(tài)），并且可以通過一定的量子力學(xué)運(yùn)算改變?yōu)槟繕?biāo)狀態(tài)。 。 當(dāng)A和C作為整體進(jìn)行測量時(shí)，A和C隨機(jī)變異為00、01、10、11四種狀態(tài)之一，B也變異為相應(yīng)的狀態(tài)。 現(xiàn)在您有一個(gè)兩位字符串：00、01、10 或 11，您可以將其解釋為密碼。 通過經(jīng)典通訊手段（如電話、光纜）告訴B方這個(gè)密碼，根據(jù)密碼操作B，就得到A的初始狀態(tài)。由此可見，量子隱形傳態(tài)的基本要素包括中間粒子、代碼和經(jīng)典通道。
這里有一個(gè)常見的誤解需要澄清。 很多人把量子隱形傳態(tài)視為瞬間傳輸，不需要任何時(shí)間就可以傳輸?shù)綗o限遠(yuǎn)的距離，然后大呼它顛覆了相對(duì)論。 有人認(rèn)為，通過這一招，信息傳輸?shù)乃俣瓤梢猿^光速，我們可以與距離地球500萬光年的行星進(jìn)行即時(shí)通訊。 這是完全錯(cuò)誤的！ 仔細(xì)看上面的過程，通過測量來改變每個(gè)粒子的狀態(tài)并不需要時(shí)間，但僅靠這一步是不可能得到目標(biāo)狀態(tài)的。 為了知道需要對(duì)B進(jìn)行什么操作才能獲得目標(biāo)狀態(tài)，必須傳輸兩位串，這需要經(jīng)典通信，而經(jīng)典通信不能超過光速。 由于傳輸碼步存在阻塞，量子隱形傳態(tài)無法超過光速。
看到這個(gè)結(jié)論是不是有點(diǎn)沮喪？ 我必須強(qiáng)調(diào)，成熟的科學(xué)理論不是那么容易被推翻的。 量子力學(xué)和相對(duì)論并非完全沒有矛盾，但它們與廣義相對(duì)論（引力問題）不一致。 狹義相對(duì)論和量子力學(xué)還是很和諧的。 量子隱形傳態(tài)是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)理論設(shè)計(jì)的解決方案，當(dāng)然不會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)理論沖突。 與其把他理解為一個(gè)推翻正統(tǒng)的革命者，不如把他理解為一個(gè)在現(xiàn)行體制下運(yùn)用自己獨(dú)特思想的工匠大師。
還有一個(gè)常見的誤解，就是把量子隱形傳態(tài)視為一種復(fù)制狀態(tài)，然后開始擔(dān)心同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方的自己是誰。 這種認(rèn)識(shí)也是錯(cuò)誤的。 仔細(xì)看量子隱形傳態(tài)的過程，最終的結(jié)果是B變成了A原來的狀態(tài)，但是A的狀態(tài)也發(fā)生了變化。 也就是說，任何時(shí)候只有一個(gè)粒子處于目標(biāo)狀態(tài)。 如果這是復(fù)制物理學(xué)家拉摩，那么它也是破壞性復(fù)制。 創(chuàng)建副本后，必須銷毀原件。 所以樣本不會(huì)增加，它們只是從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方。
總而言之，量子隱形傳態(tài)是一個(gè)粒子的未知狀態(tài)以不高于光速的速度破壞性地傳輸?shù)搅硪粋€(gè)粒子。 例如，用顏色來表示狀態(tài)，粒子A最初是紅色的。 通過隱形傳送，我們讓遠(yuǎn)處的粒子B變成紅色，粒子A同時(shí)變成綠色。 但我們不需要知道 A 最初是什么顏色。 無論A是什么顏色，這種方法都可以保證B變成A原來的顏色，同時(shí)A的顏色發(fā)生變化。
量子隱形傳態(tài)何時(shí)實(shí)現(xiàn)？ 答案是，1997年，潘建偉還是奧地利因斯布魯克大學(xué)安東·塞林格教授課題組的博士生時(shí)，他們?cè)凇蹲匀弧冯s志上發(fā)表了一篇題為“實(shí)驗(yàn)量子隱形傳態(tài)”（“ ”）的文章，潘建偉建偉為第二作者。 這篇文章后來被選入《自然》雜志的“世紀(jì)物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”。 與倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、愛因斯坦建立相對(duì)論、沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等并列，這個(gè)陣容強(qiáng)大得可怕。 當(dāng)然，量子隱形傳態(tài)雖然沒有那些神級(jí)成就那么重要，但仍然相當(dāng)了不起，尤其是在基礎(chǔ)科學(xué)長期沒有革命性變革的當(dāng)代。
塞林格
現(xiàn)在終于可以談?wù)勁私▊フn題組的最新工作了。 1997年，實(shí)現(xiàn)了單光子單自由度的量子隱形傳態(tài)。 現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了單光子多自由度的量子隱形傳態(tài)。 什么是自由度？ 自由度是描述系統(tǒng)所需的變量數(shù)量。 例如，在數(shù)學(xué)中，考慮一條線上的點(diǎn)。 只需要一個(gè)數(shù)字來描述它，自由度為1。曲面上的點(diǎn)有2個(gè)自由度。 三維空間中的點(diǎn)有 3 個(gè)自由度。 物理學(xué)中，要描述三維空間中運(yùn)動(dòng)的粒子，需要知道位置的三個(gè)分量和動(dòng)量的三個(gè)分量，自由度為6。光子有自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量。 如果你看不懂這兩個(gè)詞，也沒關(guān)系。 只要理解它們是兩個(gè)自由度即可。 在之前的實(shí)驗(yàn)中，僅傳輸自旋角動(dòng)量的狀態(tài)。 但如果想要真正傳輸光子的完整狀態(tài)，就需要傳輸兩個(gè)自由度的狀態(tài)。 這是潘建偉課題組取得的成果。 所以，完整意義上的量子隱形傳態(tài)應(yīng)該說是2015年才實(shí)現(xiàn)的。比如現(xiàn)在用顏色和形狀來表示狀態(tài)，粒子A最初是一個(gè)紅色的方塊，我們可以讓粒子B變成一個(gè)紅色的方塊，粒子A同時(shí)變成綠色圓圈。
二自由度量子隱形傳態(tài)
為什么這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之間有18年的差距？ 因?yàn)槲疑厦嬲f的都是理論，實(shí)驗(yàn)操作有很多技術(shù)難點(diǎn)。 為了解決這些困難，他們“巧妙地設(shè)計(jì)了一種新方案，利用單光子無損測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)自旋和軌道角動(dòng)量的多自由度貝爾態(tài)測量，并制備了最高亮度的自旋軌道”世界上的角動(dòng)量超糾纏。” “源、高效軌道角動(dòng)量測量裝置，并搭建了6光子11量子位自旋軌道角動(dòng)量糾纏實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。”對(duì)于量子信息產(chǎn)業(yè)之外的人來說，這些都是技術(shù)細(xì)節(jié)，重要的是這些技術(shù)進(jìn)展非常新穎，難度也非常大，通過這些實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)了多自由度隱形傳態(tài)的目標(biāo)，這是現(xiàn)代科學(xué)研究的常態(tài)，看似簡單的背后隱藏著無數(shù)的技術(shù)細(xì)節(jié)這就是線之隔如山的原因，也是民科在當(dāng)代的作用遠(yuǎn)小于歷史的原因。
既然我們知道了這個(gè)成就是什么，我們就可以回答它不是什么了。 可惜沒有“biu”一聲將人送走。 當(dāng)然，可以說是朝著這個(gè)方向邁出了一步，而且是一大步。 邁出多大的一步？ 如果用《老子》的話來說：“道生一，一生二，二生三，三生萬物”。 1997年，Tao產(chǎn)生了一個(gè)，這次它實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)。 然而，距離后代還有多遠(yuǎn)？ 可以這樣估計(jì)。 12克碳原子等于1摩爾，即6.023*10^23。 如果一個(gè)人重 60 公斤，大約有 5,000 摩爾原子，即 3*10^27。 描述一個(gè)原子的狀態(tài)，我不知道需要多少個(gè)自由度，就算10吧。所以描述一個(gè)人，需要1??0^28個(gè)自由度。 我們剛剛從 1 進(jìn)步到 2...所以，好吧，我們的旅程是前往星星和大海！ 騷年，向著夕陽奔跑吧！
由于這項(xiàng)工作的重要性，《自然》在同一期評(píng)論道：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)朝著理解和論證量子物理學(xué)最深刻、最令人費(fèi)解的預(yù)測之一邁出了重要一步，可以作為未來量子物理學(xué)的指南”。 一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)基本單元。”這是一個(gè)恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。如果你要問，你能獲得諾貝爾獎(jiǎng)嗎？我不能說，但如果有一天他真的獲獎(jiǎng)，塞林格應(yīng)該排在前面，因?yàn)椤短丈?》肯定比《人生2》更重要。當(dāng)然，潘建偉和他的團(tuán)隊(duì)還很年輕，他們有無限的可能性，未來是否會(huì)因?yàn)槠渌删瞳@得諾貝爾獎(jiǎng)還不得而知。其中之一科學(xué)最大的魅力就在于一切皆有可能。（來，喝完這碗雞湯！）
有人可能會(huì)問，量子隱形傳態(tài)離工業(yè)應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？ 答案很遠(yuǎn)。 現(xiàn)在剛剛達(dá)到傳輸兩個(gè)自由度的水平，相當(dāng)于只傳輸兩位數(shù)據(jù)。 但量子信息的另一個(gè)方面已經(jīng)接近產(chǎn)業(yè)化，那就是量子安全通信，或者說量子密碼學(xué)。 在這方面世界上誰最先進(jìn)？ 答案仍然是中國，或者是科大。 中國已經(jīng)建設(shè)了多個(gè)量子政府網(wǎng)絡(luò)，科大訊飛將于2016年7月發(fā)射量子通信衛(wèi)星。量子密碼的作用是一旦有人竊聽，你就會(huì)立即知道，而竊聽者無法破譯信息。 換句話說，實(shí)現(xiàn)了物理原理層面的絕對(duì)保密。
值得強(qiáng)調(diào)的是，中國的量子信息絕不是一花獨(dú)放，而是百花齊放。 僅在中國科大，就有郭光燦院士、潘建偉院士、杜江峰院士三個(gè)大的研究組，還有無數(shù)的小研究組。 杜江峰課題組于2015年3月6日在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了題為“日常環(huán)境中單一蛋白質(zhì)的自旋共振譜”（“-spin”）的文章，該成果也被科技部入選中國的。 2015年中國十大科學(xué)進(jìn)展
郭光燦
杜江峰
據(jù)我了解，我國量子信息研究起步于20世紀(jì)90年代。 彼時(shí)，郭光燦從量子光學(xué)轉(zhuǎn)向量子信息，達(dá)到了職業(yè)生涯的巔峰。 潘建偉和杜江峰當(dāng)時(shí)只是研究生，但現(xiàn)在他們是國際領(lǐng)袖。 這些軌跡說明了一個(gè)國家的科學(xué)進(jìn)步有多快。
1999年前后，楊振寧到科技大學(xué)做題為《現(xiàn)代科學(xué)進(jìn)入中國的回顧與展望》的演講。 他總結(jié)道：“一個(gè)社會(huì)、一個(gè)國家科技要取得輝煌發(fā)展，以下幾個(gè)長期因素是必要條件。第一，我們需要有頭腦、有頭腦的年輕人來做科學(xué)研究；第二，我們需要有智慧的年輕人。”講究紀(jì)律、耐心、勤奮的社會(huì)傳統(tǒng)；第三，需要決心；第四，需要經(jīng)濟(jì)條件……20年代的中國，21世紀(jì)有前三個(gè)，到了21世紀(jì)，我想四位都會(huì)出席，所以我對(duì)21世紀(jì)中國科技的發(fā)展絕對(duì)看好。” 當(dāng)時(shí)我很不滿意，因?yàn)橹袊刑嗟膯栴}，比如腐敗、專制、貧困等等。 富人和世界的差距正在縮小……那么，楊先生，你是不是老了，糊涂了？ 當(dāng)時(shí)我有一種理論傾向，對(duì)中國的未來非常悲觀。 后來，隨著視野的擴(kuò)大，我越來越發(fā)現(xiàn)楊振寧說的完全正確。 他的這些道理雖然看似極其簡單樸實(shí)，實(shí)則“重劍無鋒，大技無工”。 科學(xué)大師們的科學(xué)發(fā)展愿景確實(shí)比我們高得多，我們很難不接受。 你說中國沒有人才，所以只是耐心培養(yǎng)。 以中國人的才華，也許他們馬上就能成為國際領(lǐng)袖。 科學(xué)的最大魅力之一就是一切皆有可能。 （來吧，再喝這碗雞湯吧！）
楊振寧
在這里我想講一個(gè)故事。 美國物理學(xué)家艾薩克·拉比（Isaac Rabi，1898-1988）年輕時(shí)去歐洲考察，發(fā)現(xiàn)美國最重要的物理雜志《物理評(píng)論》每年用船運(yùn)一次，這表明在歐洲科學(xué)界似乎根本不值得關(guān)注。 拉比秘密決心振興美國物理學(xué)。 回到他的國家后，他擔(dān)任了身體審查的主編。 如今，這本雜志是物理學(xué)世界上最著名的期刊之一。 美國化學(xué)家萊納斯·卡爾（Linus Carl，1901- 1994年）在歐洲學(xué)習(xí)后，也將美國化學(xué)提升到了世界上最先進(jìn)的水平。
拉比
鮑林
如果當(dāng)時(shí)有一個(gè)“很酷的聚會(huì)”跳了出來，并說美國人還不夠好并且永遠(yuǎn)不會(huì)趕上歐洲，那將被發(fā)現(xiàn)無數(shù)證據(jù)。 中國有很多這樣的“平靜聚會(huì)”。 正如一些網(wǎng)民所說：“中國人民的意識(shí)再也不能跟上中國的發(fā)展。該國的頂級(jí)科學(xué)研究人員已經(jīng)在人類科學(xué)中參與其中。” 這已經(jīng)成為一件事情，但是人民甚至全國人民大會(huì)的成員仍然沉迷于日本廁所座位和稻米炊具……腳花了30年的時(shí)間走了其他人花了300年的路徑，但是他們的大腦在30年前留下了……”
您愿意效仿頂尖的科學(xué)研究人員嗎？ 中國最偉大的魅力之一就是一切皆有可能。
關(guān)于作者：Yuan 博士中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位，中國科學(xué)與技術(shù)大學(xué)Hefei國家微觀科學(xué)實(shí)驗(yàn)室副研究員，科學(xué)與技術(shù)科學(xué)與戰(zhàn)略學(xué)會(huì)主席，科學(xué)技術(shù)與技術(shù)學(xué)會(huì)中國，微博 @中科大，Zhihu @ yuan （Yuan ）。
原始文章“流行科學(xué)量子瞬時(shí)傳輸技術(shù)”于2015年3月寫，我保證您會(huì)理解的！ “（關(guān)于量子瞬時(shí)傳輸技術(shù)的流行科學(xué)，可以確保您理解！）及其附錄（“量子瞬時(shí)傳輸技術(shù)的流行科學(xué)，保證您理解！” ），于2016年4月修訂。
