以日常生活的經驗，任何信息的傳輸都須要通過實物載體，如信函、電磁波等，即便是當前比較“火”的量子通訊，也須要量子傳輸。但是，國際知名量子光學專家M.小組卻在4年前開了一個腦洞，提出一個與人們日常生活中產生的直觀認識脫節的“反事實直接量子通訊”方案，即不須要傳輸任何粒子，就可以將信息傳遞出去。聽起來量子傳輸實物，是不是很匪夷所思?
出人預料的是，中國科學技術學院院長潘建偉及其朋友彭承志、陳宇翱等與復旦學院馬雄峰合作，完成了這個“天方夜譚”式的實驗，把匪夷所思弄成了科學現實。實驗室中的通訊雙方之間沒有實物粒子的交換，成功傳遞了圖象信息。論文成果以《利用量子芝諾效應實現直接反事實量子通信》為題發表在國際權威學術刊物《美國科大學院報》上。
量子芝諾效應的名子來自古埃及語文家芝諾提出的“飛矢不動”悖論。這個悖論說量子傳輸實物，一支在空中飛行的箭，雖然是不動的。由于箭在每一個頓時的時刻都應當是靜止的，這么無數個靜止的組合還應當是靜止。這個推論在精典世界里似乎是不創立的，是邏輯上的悖論。但在量子熱學里，假若一個不穩定的量子系統被連續不斷的觀測，其狀態才會被凍結為一個定態，不會隨時間向其他的態演變。這即是“量子芝諾效應”。有一個很形象但并不完全確切的反例來比喻“量子芝諾效應”：一個人打算午睡，假如對面另一個人不斷尋問其是否睡著了，這么可以想像，打算睡著的人便總也睡不著了。
量子芝諾效應是反事實量子通訊的基礎。反事實量子通訊是指通訊雙方之間不須要任何量子或則精典粒子的傳遞即可實現量子態的傳遞。為了確保這一過程，通訊雙方之間還須要構建一條量子信道，粒子經過此信道傳輸的機率仍然保持十分低。假如信道中測量到有粒子通過，就須要遺棄這個結果，重新構建或則發送一個新的系統。研究人員須要布置一系列嵌套的光學干涉儀，以實現這些傳輸方法。
理論化學學家提出的“反事實直接量子通訊”的原始方案要求有無窮多個干涉儀，這在現實科學實驗中似乎是不可能的，這也是實驗化學學家開始覺得不可能實現的誘因。潘建偉團隊通過對原始方案的仔細剖析和改進，致使反事實直接量子通訊得以實現。一方面，通過使用單光子源，在較少的干涉儀數量下也可以得到完全的反事實性;另一方面，用被動篩選光子抵達時間的策略取代原方案中的高速主動光開關等。研究團隊實現了技術突破，使用先進的相位穩定技術，首次實現了復雜的嵌套、和串聯的單光子干涉儀，并成功傳輸了一張100×100象素的中國結圖片，傳輸正確率達到了87%。
相比之下，我們所了解的常規的量子通訊，即量子隱型傳態，或多或少一直須要粒子的傳輸。量子隱型傳態基于量子的糾纏特點，糾纏態的量子首先是在一起制備下來，之后分別傳送到兩端，它們的通訊才開始。另外，盡管粒子可以在遠距離實現糾纏，它們依然須要光子在兩個粒子之間傳播。
而量子反事實傳輸是基于“光的相位”進行傳輸通訊方法，這些通訊方法之下，光強不再重要。而且因為通訊雙方之間沒有粒子的傳輸，也促使監聽也弄成無源之水、無本之木。由于這項技術可以借助非常微弱的光來實現成像，還能否拿來對一些脆弱的文物進行成像，有利于文物的保護和研究。
這項工作是量子通訊領域的全新嘗試。潘建偉團隊的探求，促使人們有機會更深入地理解量子熱學。該工作被《美國科大學院報》的審稿人評論為“是一個將量子芝諾效應用于通訊的新奇實現”以及“非常有趣且及時”。該工作遭到了德國數學學會網站、《科學日本人》、物理學家網等國際權威媒體的專題報導。
量子芝諾效應的物理解釋
考慮一個系統，經過一次檢測后得到本次檢測的本征態A，檢測之后，系統自由演變，可能會演變到另一本征態B，因而在下一次檢測到來之前，系統處于A和B的疊加態，且系統處于B態的機率是隨時間線性降低的。在大檢測數量和短檢測時間的限制下，系統將會被“凍結”到A態。