人類發(fā)明了多種交通工具，力圖克服空間的障礙，卻一直未能滿足需求……還有沒有更快捷的辦法聯(lián)通我們沉重的肉身？
追求高速，其實(shí)不能止步——在廣袤的宇宙中，哪怕用光速飛行就會歷時彌久。如何能夠更快地位移呢？比光速更快的，只有思想了……
思想比光速更快，只是一種比喻啦。不過我們?nèi)祟惖南胂窳φ娴暮軓?qiáng)悍！不少科學(xué)技術(shù)，最初就來自于一個幻想。并且，在這個話題上，我們見到的是化學(xué)學(xué)的玻璃天花板。
好多懸疑小說和懸疑連續(xù)劇都描述了“瞬間聯(lián)通”。影片《心靈傳輸者》的主人公神奇地具備這一能力，只要他想像出目的地，才能遁地到哪里。
心靈傳輸者
影片《X戰(zhàn)警》、美劇《英雄》中，都有這樣“逆天”超能力者?？赡苊课辉诮煌ǜ叻迤谝愿黝愂茈y的坐姿擠在超員車箱里的人，心中就會冒出這樣的念頭吧。
X戰(zhàn)警
頓時聯(lián)通，速率無窮大，秒殺世間任何化學(xué)規(guī)則——多美妙啊。不過，那么神奇的事情，其實(shí)不可能發(fā)生啦。編劇自己也明白，所以根本就沒準(zhǔn)備說明為何主人公就具有這些蓋世神功。死心吧，那不科學(xué)！
心靈遁地不可能，那發(fā)明小叮當(dāng)?shù)娜缫忾T如何樣？那么Q的名子，簡直太丟智慧生物的臉了，那叫“時空門”！《變形金鋼》和《復(fù)仇者聯(lián)盟》里，復(fù)仇者都召喚出了時空門，把自己的鄙人拉來幫忙打打架。
你要是不會這門技藝，你都不好意思當(dāng)反派老大。這種影片其實(shí)用“能量棒”、“扭轉(zhuǎn)磁場”等羊皮哄哄的名詞愚弄聽眾，嘗試給頓時轉(zhuǎn)移披上合理的外衣，但還是掩藏不了它們邪術(shù)的本質(zhì)——太胡作非為了！那些情節(jié)你得當(dāng)奇幻片看，千萬別說是懸疑！
化學(xué)學(xué)給物體聯(lián)通的速率設(shè)定了一個上限：光速。任何有質(zhì)量的物體都不可能達(dá)到或則超過光速，只能無限接近光速。要把一個物體加速到接近光速，須要花費(fèi)大量能源；越接近光速，所花費(fèi)的能量越大，由于越來越多的能量被拿來增強(qiáng)物體的質(zhì)量，而非拿來增強(qiáng)物體的速率。
將宏觀物體加速到接近光速很困難，化學(xué)學(xué)家們不是有辦法可以將微觀粒子加速到接近光速嗎？能夠從這個角度動點(diǎn)四肢呢？
在知名的系列懸疑影視作品《星際迷航（StarTrek）》中，描述了這樣一種傳輸方法：當(dāng)飛船上的旅客想步入其他飛船，或則在星球上著陸時，她們會步入飛船內(nèi)部的傳輸控制室。隨著操作人員的一句“”，旅客的身體被逐步分解為一堆閃動的粒子，從控制室中消失；幾乎與此同時，在旅客目的地，一個相同的粒子團(tuán)出現(xiàn)，逐步穩(wěn)定成型，最后完整地復(fù)原出旅客來。從影片畫面來看，這個“分解-復(fù)合”過程只耗費(fèi)了短短幾秒鐘。
星際迷航
除《星際迷航》外，影片《宇宙通緝令》中也有類似的構(gòu)想，在那些電影中，被傳輸?shù)娜撕拓浳锵仁潜环纸獬蓴?shù)目諸多的微觀粒子，它們被加速到接近光速，并定向發(fā)送到目的地，重新組合下來。這些方法十分接近懸疑小說的鼻祖瑪麗·雪萊夫人的《弗蘭肯斯坦》：將人焚尸萬段，之后采用技術(shù)手段重新拼接下來——不過那成品的樣子，相當(dāng)?shù)夭幻烙^。
雖然，從數(shù)學(xué)上來說，沒必要把組成人的粒子直接傳輸過去。我們都曉得，在宇宙中任何地方，同一類型的基本粒子彼此間是完全相同的，仙女座星云的電子和月球上的電子沒有區(qū)別。
為此，只要我們才能把組成生命體的這些基本粒子在某一時刻所具有的狀態(tài)檢測清楚，就可以采用大功率天線等傳統(tǒng)方法，將這種狀態(tài)信息以電磁波的方式光速向目的地傳輸；目的地接收到訊號后，可采用當(dāng)?shù)叵嗤幕玖Ｗ樱凑者@種信息進(jìn)行重新組合，“生產(chǎn)出”被傳輸?shù)穆每?。整個過程中根本不須要將實(shí)物粒子進(jìn)行傳輸和接收，系統(tǒng)的復(fù)雜程度和所消耗的能源將急劇減小。
只要我們先發(fā)射出搭載著傳輸器的無人飛船，前往目的地以后開啟傳輸器，無數(shù)的人員和武器就可以源源不斷地以光速運(yùn)輸過去。對于星際旅行來說，這一技術(shù)是人類這樣柔弱的生命方式穿越嚴(yán)苛的星際環(huán)境、跨越近乎無限的時空尺度的理想手段。
這個技術(shù)與3D復(fù)印有點(diǎn)相像。3D復(fù)印只對物體的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模；而在這兒，我們需對待傳輸?shù)娜梭w徹底地分解和建模，再異地進(jìn)行完整復(fù)印。從復(fù)制和重建的角度來說，這些數(shù)學(xué)建模和3D復(fù)印，比生物學(xué)上的克隆愈發(fā)本質(zhì)和純粹。
有了這些建模，只要愿意，你可以克隆出任意多個克隆體來，不過這會帶來一些頗為有趣的自我認(rèn)知問題——在施瓦辛格的精典電影《第六日》中，克隆人和親本都覺得自己才是真的。
第六日
這么，這些將生命分解為基本粒子，并在異地完整重現(xiàn)的裝置，在數(shù)學(xué)上能夠?qū)崿F(xiàn)？
要把一個人通過這些形式運(yùn)送出去量子傳輸人體，難度當(dāng)真不小。首先遇見的一個問題是：我們須要對人體測量到哪些精度？
普通3D復(fù)印中，要復(fù)制一個樣品，只需檢測樣品的幾何信息，觀測越細(xì)致，復(fù)制品所達(dá)到的精度越高。生物學(xué)上的克隆，是復(fù)制人的基因，能再現(xiàn)出與樣品幾乎相同的生物特點(diǎn)。而數(shù)學(xué)學(xué)上對生命的復(fù)制則是真正的復(fù)制，是全方位的：除了復(fù)制軀體，還包括記憶、意識和情感等重要生命特征。
問題是，我們尚不清楚生命的奧秘。例如，意識的數(shù)學(xué)學(xué)起源——究竟在哪些物質(zhì)層次上形成了人的意識和眾多其他深層功能？是細(xì)胞，還是分子、原子層次？明天，這類問題還未獲得真正的解答，在這兒，我們姑且從原子的層次來考察生命的復(fù)制。
我們且恐怕一下人體原子所包含的信息吧。精確描述一個原子，須要記錄原子的位置、種類、原子之間的關(guān)系、它所處的振蕩狀態(tài)、能量水平等信息。這種信息，雖然檢測精度不高，也須要大概1000字節(jié)來描述。人體由大量原子構(gòu)成，描述其所有原子的信息，須要大概10^31個字節(jié)。這個數(shù)目有多大呢？目前月球上全部圖書所包含的信息約為10^15字節(jié)，約為上述信息的10^16分之一；如果采用超大容量的100TB硬碟來儲存這種信息，約需10^17張硬碟；平鋪上去，這種硬碟可以蓋滿整個月球表面！
雖然不考慮上述技術(shù)問題，怎么能夠同時對海量原子的狀態(tài)進(jìn)行檢測？在原子尺度，支配性的化學(xué)規(guī)律是量子熱學(xué)，它的一個基本原理是“海森堡測不準(zhǔn)原理”：不可能同時精確檢測出物體的所有數(shù)學(xué)量，檢測個別數(shù)學(xué)量時會對體系帶來干擾，使另一些化學(xué)量發(fā)生改變。假如我們想以極高的精度檢測出一個粒子的確切位置量子傳輸人體，這么所有關(guān)于它的速率的信息都會扔掉，反之也這么。
因為每次檢測以后，系統(tǒng)的狀態(tài)就會發(fā)生變化，因而，有意義的檢測必需是“一錘定音”的，你必須一下子把所有化學(xué)量都檢測下來，而這違背了測不準(zhǔn)原理?？赡苣銜?，能夠先把物體完美地復(fù)制出來呢？這樣，只需每次檢測其中的部份信息，最后再把所有信息匯總。為了對付你這一招，量子熱學(xué)提早為你打算了“量子不可克隆原理”：你不可能把一個量子體系精確地復(fù)制下來。
以上這種攔車原理，《星際迷航》的導(dǎo)演們心知肚明，為了回避這一問題，她們干脆在電影中設(shè)定了一臺“海森堡補(bǔ)償器”，至于這臺驚天地泣鬼神的補(bǔ)償器究竟是怎樣克服量子熱學(xué)基本原理的，導(dǎo)演們表示壓力很大，拒絕透漏。
如此說來，遠(yuǎn)距離傳送真的不可能了嗎？
假如復(fù)制生命，須要嚴(yán)格依賴于對生命微觀結(jié)果的完整信息的了解，這么它是不可能的。
不過，正如我們所知，微觀狀態(tài)的稍為改變，未必會影響到生命的本質(zhì)特點(diǎn)，例如頭頂缺乏幾根頭發(fā)，趾甲厚度降低幾納米，對生命的復(fù)制未必會有太大的影響。其實(shí)，假如改變程度太大——科幻小說《蠅人》中的主人公就慘劇了：他將自身進(jìn)行分解時，不留神把跌進(jìn)分解器中的蒼蠅也分解掉，原子重新組合時，發(fā)生了建模上的錯誤，人和蒼蠅的信息混在了一起，他成了半人半蒼蠅的怪物。
蠅人
這么，這些模糊性究竟在多大程度上是可行的？目前，沒有任何量子熱學(xué)檢測理論成熟到能確切回答這一問題。在簡單意義上以極高的精度來復(fù)制生命，從原則上來說是做不到的。
然而，假若不企圖去檢測出物體的所有信息，反而可以在異地再現(xiàn)該物體所具有的信息來，因而實(shí)現(xiàn)對信息甚至物質(zhì)的遠(yuǎn)距傳輸。這項工作除了理論上可行，技術(shù)上也正在逐漸成熟。實(shí)際上，全世界不少實(shí)驗室正在競爭，爭相將更復(fù)雜的物體——比如光子和原子等，在更遠(yuǎn)的距離上傳輸。多位華人數(shù)學(xué)學(xué)家——比如中國科技學(xué)院潘建偉院士等學(xué)者還是這一領(lǐng)域中的佼佼者。這項工作，稱作量子隱型傳態(tài)（）。
這一切根據(jù)的也是量子熱學(xué)理論。在量子熱學(xué)中，微觀粒子有一個獨(dú)特的特點(diǎn)，它們總是嘗試所有可能的途徑，企圖同時處于所有的狀態(tài)。瞧瞧右圖的電子雙縫干涉實(shí)驗吧：精典的粒子（如一顆炮彈）通過狹縫時，總是會選購A、B兩縫中的一條；電子則不同，它會同時處于兩條狹縫中。精典世界中，一個單色球要么是藍(lán)色，要么是紅色；而一個量子球卻可能同時處于白色和紅色狀態(tài)，如同是50%的藍(lán)色和50%的紅色的混和。
微觀物質(zhì)也不會局限在時空某一個特定位置，它會嘗試同時處于宇宙中任一處，像波一樣彌散在整個空間，這就是物質(zhì)波。有些人很難耐受量子熱學(xué)的這種特點(diǎn)，于是她們把微觀世界那些其實(shí)是矛盾的狀態(tài)放大到宏觀尺度，提出了知名的薛定諤貓假定：把貓和一個會隨機(jī)釋放出毒藥的裝置關(guān)在一起，讓貓?zhí)幵陔m非生、亦非死的狀態(tài)中。
只有當(dāng)我們?nèi)ビ^察它時，就會從糾纏在一起的各類不同的可能性中形成出一個獨(dú)一無二的現(xiàn)實(shí)。你難以事先說出貓是死是活，只能判定貓兒死或活的幾率。薛定諤貓是對量子疊加的一種哲學(xué)思索，一問世就讓當(dāng)時所有的數(shù)學(xué)學(xué)大腕們“半死不活”。
在量子熱學(xué)的世界中，一個單獨(dú)的粒子可能同時出現(xiàn)在兩個地點(diǎn)上，或則說——兩個分離的粒子實(shí)際上是同一個粒子，我們稱這對分離的粒子處于糾纏態(tài)。一對相互糾纏的紅綠色球，當(dāng)一個為藍(lán)色，另一個必然是紅色。這些糾纏關(guān)系是趕超時空的，雖然另外一個球在仙女座星云中，這些關(guān)系還是牢不可破。
在無人去觀測之前，兩個球處于顏色糾纏的狀態(tài)中，你不曉得其中一個球究竟是紅色還是白色；當(dāng)你去測定一個球的顏色時，其顏色可以被檢測下來（如為黃色）；于此同時，另一個球馬上也喪失了糾纏態(tài)：你立即就曉得它是紅色的，哪怕它坐落好多萬光年之外。這些神秘的糾纏，給二十世紀(jì)后期的數(shù)學(xué)學(xué)界帶來好多粉色。
這么，量子的糾纏態(tài)與物質(zhì)傳送有哪些關(guān)系？真的傳送過去了嗎？
《星際迷航》系列作品問世20多年后的1993年，本奈特（C.H.）等化學(xué)學(xué)家提出了一個量子隱型傳態(tài)方案，可以將月球上粒子1的信息傳遞給仙女座星云上的粒子3。
貝內(nèi)特等提出"量子隱型傳輸"的六人團(tuán)隊
具體方式是借助量子糾纏態(tài)：我們先制做出一對處于糾纏態(tài)的粒子2和3，把2留在月球上，把粒子3發(fā)送到仙女座星云中。我們可以對月球上的粒子1和2做一次聯(lián)合檢測，檢測過程中我們會得到粒子1的部份信息——比如說1和2的載流子狀態(tài)是相同的。這些可以直接檢測下來的信息叫做精典信息。據(jù)悉粒子1還有一些信息無法直接檢測下來，這種信息稱作量子信息。
量子信息似乎沒有直接被檢測下來，但它們在你進(jìn)行檢測時會影響粒子2的狀態(tài)。因為粒子2和3是糾纏的，粒子3馬上也會遭到一些特定影響，所以粒子1的量子信息顯然在頓時就抵達(dá)仙女座星云了。
不過，因為這種信息并不完備，要把全部信息傳遞到仙女座星云，你還須要采用精典形式——比如通過高功率天線發(fā)射無線網(wǎng)通號，將你在月球上檢測所得知的精典信息也傳遞過去，然后，仙女座的化學(xué)學(xué)家才能得知月球上粒子1的完整信息。按照這種信息對粒子3進(jìn)行調(diào)整，就可以在粒子3上完整重現(xiàn)出粒子1的全部信息——相當(dāng)于粒子1的狀態(tài)被轉(zhuǎn)移到粒子3起來了。
采用一些稍為復(fù)雜的方式，還可以將月球上粒子1的全部信息調(diào)制在仙女座星云原先的粒子4上，假若粒子4的所有信息都與粒子1一樣，這就相當(dāng)于把粒子1復(fù)制到粒子4上了。遺憾的是，和好多影片勾勒的一樣，所有這種方案中，月球上被傳遞的粒子的原初狀態(tài)在檢測階段中就早已被打掉了。
任何設(shè)定了傳送門的影片都必需考慮這樣一個問題：你要把貨物傳送到某一目的地，你先得挪到當(dāng)?shù)厝ソㄔ爝@樣一個門。量子隱型傳態(tài)也有同樣的麻煩：你必須先制造出大量處于糾纏狀態(tài)的粒子對，把它們互相分開，一部份留在月球上備用，一部份用運(yùn)送或則發(fā)送到傳輸目的地，供后來傳輸時使用；據(jù)悉，你肯定還須要用傳統(tǒng)飛船把精典信息接收裝置和訊號調(diào)制裝置也運(yùn)送到目的地去。
借助量子糾纏來傳遞信息，并未違背狹義相對論。似乎量子信息的傳遞是瞬時的，但我們還須要傳遞精典信息，雖然采用速率最快的電磁波來傳遞，精典信息的傳遞速率也只等于光速。這樣一來，量子隱型傳態(tài)過程中，粒子態(tài)的傳輸、粒子的遠(yuǎn)距“復(fù)制”也就不可能是超過光速的了。
假如你認(rèn)為這不太好理解，不妨想想這個事例：目前“旅行者1號”離月球約16光時，假定你在1977年離開受孕的父親隨船出發(fā)，30年后，當(dāng)你在月球的兒子出生的頓時，你和兒子之間就存在著一種趕超時空的糾纏關(guān)系，你實(shí)質(zhì)上在那一刻就升級為父親了（相當(dāng)于量子信息的傳遞）。不過，在月球通信聯(lián)系到你之前的16小時內(nèi)，你并不曉得自己早已成為父親了；只有當(dāng)16小時后，你接到月球發(fā)來的無線電報（精典信息）時，你才曉得這一點(diǎn)，你的行為才與你升級成父親這一事實(shí)發(fā)生關(guān)系。
1997年，法國的蔡林格(Anton)研究組首次在實(shí)驗上成功實(shí)現(xiàn)了量子隱型傳送。
蔡林格(Anton)
2007年開始，以蔡林格的中學(xué)生潘建偉等為研究主體的中科大、北大聯(lián)合研究小組在上海架設(shè)了歷時16公里的自由空間量子信道，最終在2009年成功實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱型傳輸，否認(rèn)了量子態(tài)隱型傳輸穿越大氣層的可行性。接出來，科學(xué)家希望傳送愈加復(fù)雜、更大尺度的量子態(tài)，并擴(kuò)充到更遠(yuǎn)的距離。
這么，量子隱型傳態(tài)可以傳送人體么？這個問題同樣沒有足夠成熟的答案，例如，我們不清楚哪些樣的糾纏粒子就能同時發(fā)送人身體上大概10^31字節(jié)的量子信息。在明天，我們只能傳送最多6個比特的量子信息；而雖然極小極小的外在影響也足以搗毀粒子的糾纏，后果很難預(yù)計……
撰文/肖能超
