引言：人們對于“瞬間聯(lián)通”這樣的科技幻能總是懷有好奇心，夢想著有三天才能急速抵達自己想去的地方，隨著化學(xué)學(xué)家和工程師逐漸揭露量子隱型傳輸技術(shù)神秘的面紗，你們傾向于將“瞬間聯(lián)通”等同于“量子隱型傳輸”，然而本文作者Cho的答案可能會令你們倍感沮喪了。
有兩個團隊早已在量子隱型傳輸研究領(lǐng)域創(chuàng)造了新的傳輸記錄：借助深不可測的量子熱學(xué)知識將一個粒子的量子態(tài)迅速從一個位置遷移到另一個位置的粒子上。其中一個團隊采用這些方式，運用一種光學(xué)纖維將一個光子的量子態(tài)穿越美國西北部的一個城市，卡爾加里，傳輸?shù)?.2公里之外；另一個團隊將多個光子的量子態(tài)穿越中國北京，傳輸?shù)?4.7公里之外。
據(jù)明天報導(dǎo)，這兩個團隊在量子隱型傳輸領(lǐng)域的突破最終將催生一個牢不可破的量子互聯(lián)網(wǎng)。并且，量子隱型傳輸是否會帶來其他令人意想不到的益處？未來量子隱態(tài)傳輸，我們真的能借助它在十月一個陰冷的清晨實現(xiàn)“瞬間聯(lián)通”嗎？
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我們何時才能借助量子隱型傳輸技術(shù)實現(xiàn)“瞬間聯(lián)通”？
十分抱歉給出的答案令你們沮喪，然而，事實是，這些“科技幻能”將永遠不能實現(xiàn)。撇去這些技術(shù)的名稱不說，量子隱型傳輸與懸疑電視系列劇《星際迷航》及其他懸疑小說中描述的“瞬間聯(lián)通”真的一點關(guān)系都沒有。這種類型的“瞬間聯(lián)通”通常是分解一個物質(zhì)對象，通過空間傳輸分子物質(zhì)，之后再另一個遙遠的地方立刻且完美地重組該物質(zhì)實體。量子隱型傳輸不分解和重組任何對象，不涉及任何物質(zhì)的聯(lián)通。據(jù)悉，該技術(shù)只運用于單一量子粒子層面：光子，電子，原子等。不論如何，量子隱型傳輸與“真的”瞬間聯(lián)通不僅名稱相同外，再無其他共同點。
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如果量子隱型傳輸不能聯(lián)通物體或人，這么此類技術(shù)的用途究竟彰顯在那里？
與將一個遠征隊送到一個人類未至的星球上這么大的創(chuàng)舉相比，量子隱型傳輸?shù)摹靶∧繕恕彼坪跎燥@遜色，不過，卻有一種微妙的魔力。量子隱型傳輸就能立刻將一個粒子的量子態(tài)傳輸?shù)饺我庖粋€未知的位置，卻不傳送粒子本身。在某種意義上，有點像根據(jù)一個時鐘上顯示的時間，一模一樣地調(diào)整遠處另一個時鐘上的時間。
為什么讀取一個時鐘的時間，然后再另一個時鐘上設(shè)置相同的時間，才能為我們帶來這么大的驚艷？
與讀取時鐘所顯示的時間相比，一個粒子，如一個光子，的量子態(tài)更為復(fù)雜，更為微妙。讀取一個時鐘所顯示的時間，之后，在另一個時鐘上設(shè)置相同的時間，這些操作簡單的不能再簡單了，并且，我們難以在不改變一個粒子的量子態(tài)的前提下檢測其量子態(tài)。我們難以將一個粒子的量子態(tài)“克隆”到另一個粒子上。量子熱學(xué)的規(guī)律是不容許這樣做的。相反，我們須要做的是找到一種方式，將甲粒子的量子態(tài)遷移到乙粒子上，而無需檢測甲粒子的量子態(tài)。按前面提及的“時鐘類比”來理解，就似乎是在將一個時鐘所顯示的時間遷移到另一個時鐘上，前提是不看第一個時鐘上的時間。
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怎么能夠使這些“時鐘類比”法成為可能？
這的確有點難。你須要對量子態(tài)有些了解，能夠更好地理解量子隱型傳輸。以單個光子為例。光子實質(zhì)上是一種電磁波，因此，光子才能被“極化”，其電場將呈現(xiàn)水平或垂直分布。在神奇的量子熱學(xué)中，光子就能同時以兩種狀態(tài)分布——因而，光子就能同時被垂直和水平極化。光子的狀態(tài)由垂直量和水平量共同決定。
然而，量子隱型傳輸所涉及的知識并不是那么簡單。不僅光子就能同時呈垂直和水平兩種偏振光態(tài)，光子的狀態(tài)由另一個參數(shù)決定，即“相位”。故，光子的狀態(tài)由垂直量、水平量及相位兩者共同決定。可以將光子想像成一個具象的圓球，南極代表垂直偏振光態(tài)，北極代表后期的水平偏振光態(tài)。
光子的精確狀態(tài)是圓球上的一個點，經(jīng)度代表在該狀態(tài)水平偏振光態(tài)和垂直偏振光態(tài)之間的平衡，緯度代表相位。為此，比如，赤道上的每一個點代表光子的一個狀態(tài)，在該狀態(tài)下垂直偏振光態(tài)與水平偏振光態(tài)達到平衡，然而，該狀態(tài)的相位卻是不同的，這時的相位才能通過個別更為復(fù)雜的檢測方法獲得。
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為什么不能直接從該“抽象圓球”上直接讀取該點（光子）的狀態(tài)？
我們不能否直接從該“抽象圓球”上直接讀取該點（光子）的狀態(tài)，由于量子粒子的檢測結(jié)果僅才能提供有限的信息。就一個處于未知狀態(tài)的光子而言，我們不能問圓球上該狀態(tài)的“坐標”是哪些。相反，必須采用一種檢測方式能夠確定該狀態(tài)的座標。一個尤為重要的問題是：這個光子的極化方法是哪些，垂直式或水平式？運用這些檢測方式將獲取一種結(jié)果，或則才能獲取另一種結(jié)果，并且獲取另一種結(jié)果的機率是由光子所處狀態(tài)的垂直和水平偏振光態(tài)共同決定的。不過，運用這些檢測方式不能得出該狀態(tài)的相位。檢測光子的狀態(tài)將造成原有狀態(tài)發(fā)生改變，光子的狀態(tài)將偏向一個極，完全呈水平偏振光態(tài)或垂直偏振光態(tài)。按照量子理論，攪亂光子原有的狀態(tài)是不可防止的。
運用“布洛赫球”上的一個點的“坐標”描述單個光子的狀態(tài)。該點的經(jīng)度（角θ）決定水平極化和垂直極化三者間的平衡狀態(tài)。緯度（角ψ）沒有對應(yīng)的精典類比量，并且會形成許多不可思議的量子影響。
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如果不能否精確地檢測光子的狀態(tài)，有將怎樣實現(xiàn)量子隱型傳輸？
要實現(xiàn)量子隱型傳輸須要更多的光子，這又彰顯了量子熱學(xué)不可思議的一面。兩個光子可以用一種微妙的聯(lián)系聯(lián)接在一起，我們稱之為“糾纏測度”。當兩個光子“糾纏”在一起時，每一個光子的狀態(tài)是完全不確定的，并且，兩個光子的狀態(tài)是緊密聯(lián)系在一起的。因此，在我們的具象圓球上，每一個光子所處的位置仍然是完全不確定——可以毫不夸張地講，一個光子在不同的狀態(tài)將指向任意一個方向。雖然存在這些不確定性，兩個光子所處的狀態(tài)才能緊密聯(lián)系在一起，因此其量子態(tài)是完全相同的。也就是說，假如我們檢測一個光子所處的狀態(tài)，最終將造成其原始量子態(tài)發(fā)生變化，依照上述剖析，我們會曉得，不論兩個光子相距多遠，第二個光子的量子態(tài)將立刻隨第一個光子的量子態(tài)同步變化。對于量子隱型傳輸來講，這種類型的光子對極為重要。
下邊我們來介紹量子態(tài)緊密相聯(lián)的光子對是怎樣實現(xiàn)量子隱型傳輸?shù)摹＜僭O(shè)有兩個人，分別命名為Alice和Bob，另外還有第三個人處于Alice與Bob之間。Alice打算傳輸一個光子，即她把這個光子定位于具象圓球的一個點上，通過光學(xué)纖維將光子傳送給。與此同時，打算好一對互相“糾纏”的光子。他保留其中一個光子，將另一個光子傳送給Bob。
如今我們來看一下兩個互相“糾纏”的光子是怎樣實現(xiàn)量子隱型傳輸?shù)摹．斀邮盏紸lice的光子，他可以收下這個光子，并在自己保留的光子和來自Alice的光子之間建立一種特殊的“聯(lián)合”測量方式。因為量子檢測將改變光子的原始狀態(tài)，的檢測實質(zhì)中將強制性地把這兩個光子放在一種互相“糾纏”的狀態(tài)。（的檢測實質(zhì)上提出這樣一個問題：這兩個光子是處于一個特殊的互相“糾纏”的狀態(tài)，還是處于一個互補的狀態(tài)？）
一旦用這些“糾纏測度”來檢測兩個光子的狀態(tài)——來自Alice的光子與他從原始“糾纏”光子對中保留的光子，一件令人驚訝的事情即將發(fā)生了。由傳送給Bob的光子立刻還原Alice原先擁有的光子的量子態(tài)。也就是說，Alice的光子在圓球上的座標早已被隱型傳輸給Bob的光子，雖然Bob離的距離有幾公里遠。
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然而為何會出現(xiàn)這些現(xiàn)象？
實驗結(jié)果在很大程度上依賴于“糾纏測度”內(nèi)在的聯(lián)系。據(jù)悉，為了弄清楚：為何Alice光子的量子態(tài)最終遷移到Bob光子上，我們最好還是回過頭來，好好思索這個物理問題。一旦我們熟悉這些檢測方式量子隱態(tài)傳輸，任意一個學(xué)習(xí)過小學(xué)代數(shù)的人還會做這些估算。
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莫非化學(xué)學(xué)家的工作真的那么簡單嗎?
與上述提到的物理算法惟一不同的是，化學(xué)學(xué)家在實驗中要保證兩個光子的基本狀態(tài)所抵達的時間稍稍不同，而不是極化狀態(tài)不同。實驗的難點在于：要確保傳送給Bob的兩個光子抵達的時間大致相同，但是顏色和極化狀態(tài)都要相同，否則，實驗將不能成功進行。要在這么遠的空間內(nèi)實現(xiàn)隱型傳輸，這種將是技術(shù)層面的挑戰(zhàn)。
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這么量子隱型傳輸將會帶來哪些益處？
雖然上述剖析有些具象，量子隱型傳輸可以用于構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)。量子互聯(lián)網(wǎng)將會與我們現(xiàn)今的互聯(lián)網(wǎng)一樣，不過，才能容許用戶傳輸量子態(tài)，及量子態(tài)所包含的信息，不用傳輸精典信息，傳輸所花費的時間為0秒到一秒之間。
目前，化學(xué)學(xué)家和工程師早已構(gòu)筑出了不太成熟的量子互聯(lián)網(wǎng)，才能運用光學(xué)纖維傳送安全信息。這種技術(shù)是通過運用單個光子分布數(shù)值鍵加密或揭秘經(jīng)過編碼的信息。該技術(shù)的實現(xiàn)主要在于病毒代碼不能在不干擾光子，曝露自己的情況下，檢測這種光子的量子態(tài)。并且，目前，這類網(wǎng)路不全是以量子熱學(xué)為理論支撐，由于在網(wǎng)路的每一個結(jié)點出都須要對信息進行解碼，編碼，致使這種結(jié)點容易影響黑客。
運用量子隱型傳輸技術(shù)，化學(xué)學(xué)家與工程師可能會在一個網(wǎng)路中相距較遠的結(jié)點間構(gòu)建一種“糾纏”聯(lián)系。原則上，這將造成用戶在這種結(jié)點處忽視一些經(jīng)過編碼的信息，致使這種信息不易被破解。假如化學(xué)學(xué)家才能成功地研制出一種通用的量子計算機——使這些計算機才能運用量子比特進行估算，估算效率因為傳統(tǒng)計算機，這種類型的量子網(wǎng)路將運用從遠程終端加載計算機的初始設(shè)置。
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未來將會發(fā)生哪些？
沒有人曉得？不過，量子互聯(lián)網(wǎng)將有可能比通用量子計算機更早地出現(xiàn)在我們的生活中。
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