撰文|尹璋琦（天津理工學院）
上圖左：真空態中未能取出自由能；上圖右：量子隱型傳輸能量的概念圖；第三幅圖：量子隱型傳輸能量方案示意圖。丨圖片來源：參考資料[1]
量子隱型傳輸能量是美國西南學院堀田正博（Hotta）院長[2]2008年提出的一個富于想像力與爭議的理論。如上圖所示，在現代數學中，真空并不是空無一物的，其中飽含了漲落的能量，但我們沒法把真空中漲落的能量取出來利用。假如真空中不同區域之間有量子糾纏存在，基于量子隱型傳態（）的思想，消耗能量EA對子系統A進行檢測，獲得對A處真空漲落的信息，之后把此信息通過精典通訊傳到B處，我們就可以從子系統B中獲得可用能量EB了。
下邊詳盡解釋一下這個過程。初始時，從局域上看，子系統A與B都處于能量最低的“真空”，我們將其定為能量零點，未能對外輸出有用的凈能量。另一方面，從整體上看A與B之間存在量子糾纏。首先對A施行檢測，我們須要對它輸入能量EA。檢測結果下來后，假定A的態處于α量子隱態傳輸，由于A與B之間的量子糾纏，B將處于某個依賴于α的局域態。通過精典通訊把檢測結果α告知B以后，就可以再用局域操作U(α)讓B系統變換到能量為-EB的狀態量子隱態傳輸，與此同時B系統釋放出能量，也就是我們從B中取出了凈能量EB。這整個過程看上去好似是對我們對子系統A注入能量EA，經過量子隱型能量傳輸，在遠方的B系統中取出了的能量，一般EB大于EA。
量子隱型傳輸能量變得很離經叛道，由于要開發借助真空零點能，反而是懸疑小說中類似的概念汗牛充棟，因而論文發表在《物理評論D》（PRD）[2]后并沒有太多關注。但堀田正博堅持發展這個看法，2011年他與朋友合作提出可以借助量子霍爾效應實現量子隱型傳輸能量，并辛運地申請到了經費支助。可不幸的是，她們遇見了2011年東臺灣大地震和驟然而至的海嘯，她們的實驗設施毀于一旦。
2013年，堀田正博應邀去日本報告，把這個看法告訴了日本滑鐵盧學院IQC研究所的Martín-Martínez等人，造成了她們的興趣。她們很快就發覺量子隱型傳輸能量的看法可以幫助改進量子估算技術。研制量子計算機時，關鍵技術之一在于量子比特的初始化，但它又會面臨真空漲落的限制。借助量子隱型傳輸能量的思想，2017年她們提出一種初始化量子比特的理論方案[4]。又經過多年的實驗技術提高，近來她們總算在核磁共振系統中實驗驗證了量子隱型傳輸能量。[5]
在實驗中，她們先將兩個原子制備到某種能量最低的能級：強局域被動態（localstate），對其中任何一個原子進行任意局域操作都未能取出能量，且原子間有量子糾纏。之后她們對原子A與輔助原子C施加脈沖，打開它們之間的耦合，使輔助原子C獲得原子A的部份信息，并確保此操作不會改變原子B的能量。之后把原子C與原子B之間的耦合打開，這等價于把原子A的信息傳遞給B。在這一系列操作以后，我們就可以用局域操作從原子B中獲得能量了。上述實驗步驟只需37微秒就可以完成，而能量從A傳輸到B原子所須要的時間須要一秒鐘，遠長于實驗時間。此論文已被《物理評論快報》（PRL）接收[6]。在此實驗貼到預印本網站后過了8個月，另外一位學者基于IBM量子云平臺，也獨立實現了量子隱型傳輸能量的驗證[7]。
盡管經過15年量子隱型傳輸能量才獲得驗證，但目前的實驗并不讓人太滿意，從理論角度，它只是某種量子模擬。堀田正博院士正在與人合作，進一步發展基于匯聚態系統的實驗方案，基于硅基系統中的邊沿電壓（其中天然具有量子糾纏）來實現量子隱型傳輸能量。量子隱型傳輸能量理論在黑洞數學學、彎曲時空量子場論等領域也有潛在應用價值。
參考資料
[1]~hotta/--qet-.pdf
[2]~hotta/
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
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