“我們可以量子隱型傳態少量的信息來重建復雜的物體。比方說人類基因組，大小在Gb左右。”
來源|墨子沙龍
聽到“量子隱型傳態”（）這個名子，你是不是想起了《星際迷航》中的傳送技術？傳送機頓時能夠將人或物體轉移到千里之外，上班再也不用擠輕軌了?
事實上，量子隱型傳態傳送的是一個粒子的量子態，它借助量子糾纏將粒子的未知量子態精確傳送到遙遠的地方，而不用傳送粒子本身。
哪些是量子糾纏呢？打個比方，我們假定有一對胞胎兄弟——小賽和小墨，假如你問她們同樣的問題，她們會各自隨機地給出一個答案，不過她們總是給出同樣的答案。例如你問小墨：“草是哪些顏色的？”他可能說：“黑色的?！碑斈銌栃≠愅瑯拥膯栴}時，也會得到同樣的答案。
她們的行為和一對糾纏粒子的表現是類似的。一對處于糾纏態的光子總是“心有靈犀”。
借助這些神奇的性質，我們就可以實現量子隱型傳態。因此，我們須要三個光子：一個最初的光子A，一對糾纏光子B和C。我們要做一次檢測，但不是對A或則B進行檢測，而是把它們輸入到一個檢測裝置里，檢測它們之間的關系，之后我們能夠得到兩個比特的信息。一旦得到這個信息，A、B兩個光子就被破壞了。我們將兩比特的信息傳給另一個光子C——這個光子從來沒有接近過A，之后對光子C進行個別操作，才能得到一個精確的拷貝，讓C處于不再存在的光子A的狀態。[1]
（圖源：參考資料[1]）
整個過程中，我們雖然沒有做拷貝。由于我們搗毀了最初的光子，所以從來沒有少于一個拷貝存在過。我們只是制備了另一個光子，讓它和原先的光子A有一樣的狀態，同時破壞最初的光子。并且我們并沒有以超光速傳送A的狀態量子傳輸人體，由于精典信息不可能以超過光速的速率傳輸。
這么，可以通過這樣的手段來傳輸一個人嗎？在2018年墨子沙龍“量子·密碼”活動上，小記者們就量子隱型傳態相關的問題對三位量子通訊領域的先驅進行了專訪。
Q=小記者（潘杜若,蔡雨軒,Fenya）
=，IBM研制中心化學學家、信息理論家，現代量子信息理論的創始人之一
=，加拿大學院院長，美國研究學會主席
Ekert=ArturEkert，美國國立學院量子技術中心所長、英國牛津學院物理研究所量子化學學院士
只有靈魂能被傳輸
Q：你認為在可預見的將來，通過量子隱型傳態來傳輸整個人體的信息會成為現實嗎？
：即便不行。這在原理上就難以實現，由于涉及到須要發送的精典信息的數目。當你進行量子隱型傳態時，雖然大部份過程，或則說神奇的部份，都是量子的，但是依然須要發送精典信息。為了量子隱型傳態一個人體而須要發送的精典信息量將會超出我們的想像，更別提為了啟動這個過程你得須要多少糾纏了。所以很遺憾，我覺得這件事不會實現。
：還只考慮了（正確）信息的量，事實上其中常常還包含大量的錯誤信息。
Ekert：量子隱型傳態錯誤信息或量子隱型傳態無知，這一點很重要。
：哦，對了。大家曉得AsherPeres吧，就是量子隱型傳態文章的六個作者之一[2]。他是一個十分出名的儒教者。有一次，一個記者問他：假如你隱型傳態一個人，這么只有人感受被傳輸還是靈魂會被一起傳輸？
他的回答是：只有靈魂。
Ekert：不過我們還是可以量子隱型傳態少量的信息來重建復雜的物體。比方說人類基因組，大小在Gb左右。
：但（量子隱型傳態）是在量子水平上而言的。
Ekert：不一定。
：雖然這是精典信息；你并不真的須要量子隱型傳態來傳輸它。如同強調的那樣，你可以通過手機來傳輸人類基因組。
：之后在另一端重建人，只是沒有記憶而已。
Q：依據不確定性原理，你沒法同時得知粒子的確切位置和速率，所以這件事不可能發生吧？
：雖然這正是量子隱型傳態可以做到的事。你搗毀原先的量子態后可以建立出一個完美的復制品。你難以做到的，是通過量子隱型傳態得到一個量子態的全部信息再構筑出它的復制品。并且你可以打掉原先的量子態，之后建立出一個完全相同的量子態。
：你沒法同時足夠確切地得知粒子的位置和速率，或更確切地說是動量。
假如你想要在其他地方重建出相同的粒子，與原先的粒子有相同的速率和位置。很其實，你沒法通過檢測同時得到原先粒子的確切速率和位置，自然也難以通過精典方法發送那些信息，之后在另一處按照這種信息重建出粒子。
量子隱型傳態的全部意義在于，可以實現這一點（譯者注：即重建粒子）。
通過量子隱型傳態，我們可以在接收端重建出與原先的粒子擁有全部相同的量子特點的粒子，雖然我們并不能同時檢測這種量子特點之后通過精典方法發送相關信息。
：并且你必須打掉原先的量子態。
Ekert：原來的量子態是模糊不清的，你沒法得到粒子的確切位置和動量。我們只能說粒子是處于某個特定的量子態。而量子隱型傳態就能讓你做到的是，在別處重建出一個在位置和動量上擁有相同的不確定度的量子態。其實，也會將原有的量子態搗毀。
量子糾纏，并不是你以為的那樣
Q：據說（在量子糾纏中）粒子是成對出現的，假如你改變其中一個，另一個也會急劇改變。這么是否可以借助量子糾纏來傳遞信息？
：請允許我打斷你一下。人們一般是如此描述量子糾纏的，尤其是記者，但畢竟量子糾纏并不是這樣的。并不存在這樣的情況，你在這兒做了一件事，頓時另一件事在別處也發生了。這完全是錯誤的理解。
量子糾纏看上去似乎是這樣的。但若果根據這些理解，這么你將可以對所有你要檢測的東西進行確切預測，但是事實并非這么。
：雖然你會得到錯誤的預測，也就是說覺得存在瞬時的通訊。
當我檢測我的粒子的時侯，它并不會對你的粒子形成可以觀測到的影響。不過若果你對你的粒子進行檢測，我將才能曉得你的檢測結果。雖然你的粒子的表現并不會變化，只不過我獲知了我們的粒子之間的關聯，并且只有在我們最終比較檢測結果的時侯我能夠獲得這個信息。
：我對我擁有的糾纏對的其中一個粒子做的任何事情不會對你擁有的另一個粒子形成任何影響。只有當我們比較結果的時侯會聽到異乎尋常的情況。并且假如每位參與方只獨立地看待他擁有的粒子——
：他未能獲知另外一個粒子是否被操控了。
：回到你的問題。是的量子傳輸人體，我們可以隱型傳態量子糾纏。如果我是Alice，是Bob。Alice和Bob首先糾纏在一起，便于用于量子隱型傳態。隨即Alice和Ekert糾纏在一起，這么以前（Alice和Bob間）的糾纏就被打掉了。所以我們可以像量子隱型傳態量子態般地量子隱型傳態糾纏。
Ekert：回到最初的問題。雖然并不存在瞬時的通訊。量子糾纏未能幫你實現這一點。
：愛因斯坦說過不存在超光速通訊。正如愛因斯坦說過的所有東西一樣，這個觀點也仍然被銘記著。并且他不喜歡糾纏，他把糾纏稱為“鬼魅般的超距作用（ata）”。
：雖然，我認為正確的翻譯應當是“幽靈般的超距作用（ata）”。
：是的，幽靈般的超距作用。所以，愛因斯坦不喜歡量子糾纏。但即便他也理解在量子糾纏中并不存在瞬時的通訊。
而且所有在德語或英語中讀到這個描述的人就會理解成遠距離作用，理解成可控的遠距離作用。
我有時會用這個反例來說明。如果我有一對會隨機表現的神奇硬幣，當我拋它們的時侯，我沒法預測它們會正面朝上還是背面朝上。假如這對硬幣中的一個在你手上，另一個在我手上，而且我們同時拋它們，它們看上去總是得到一樣的結果。并且僅僅看我的硬幣，我們并不能曉得它們得到了一樣的結果。我們只能通過相互比較結果能夠曉得，而這個比較的過程未能以超光速進行。
只要我們倆的硬幣仍然是獨立隨機的，我們是難以發覺我們的硬幣的投擲結果是一樣的。換句話說，假如我翻轉我的硬幣，這并不會讓你的硬幣也翻轉過來。
記者：潘杜若，蔡雨軒，Fenya
翻譯：夏秀秀
謝謝墨子沙龍提供稿件！
參考資料
[1]
[2]/prl//10.1103/.70.1895
文章頭圖及封面