假如你能擁有一項超能力，你會選擇哪些？相信“瞬間聯(lián)通”會是不少人兒時的夢想。這些超能力在數(shù)學(xué)學(xué)上并非不可能。假如我們就能對構(gòu)成物體的每一個粒子進(jìn)行檢測，之后在目的地用同樣的粒子完全復(fù)制其狀態(tài)，就可以得到一模一樣的物體。現(xiàn)在，中國科學(xué)家在這項技術(shù)上取得了重大突破。
去年2月26日，《自然》雜志發(fā)表封面文章，介紹了中國科技學(xué)院潘建偉項目組的“多自由度量子體系的隱型傳態(tài)”研究。淺顯地說，這一技術(shù)可以讓科學(xué)家在異地頓時得知粒子狀態(tài)，進(jìn)而開啟了頓時傳輸技術(shù)的房門。
5日的政協(xié)小組會上，全省政協(xié)委員潘建偉用一個比喻向《科技商報》解釋了這項研究：“從南京帶到廣州一個保險箱，鎖匙忘帶了。于是我請南京的朋友檢測一下鎖匙，告訴我；我在廣州復(fù)制它。”
理論基礎(chǔ)：量子糾纏
要想弄清楚“量子隱型傳態(tài)”的原理，就繞不開“量子糾纏”的概念。量子糾纏是指相距遙遠(yuǎn)的兩個量子所呈現(xiàn)出得關(guān)聯(lián)性。科學(xué)家早就發(fā)覺，處于特定系統(tǒng)中的兩個或多個量子，雖然相距遙遠(yuǎn)也總是呈現(xiàn)出相同的狀態(tài)，當(dāng)其中一個量子狀態(tài)改變時，其他量子也會急劇改變。
愛因斯坦曾把量子糾纏稱為“鬼魅般的超距作用”，不過觀察者網(wǎng)以前報導(dǎo)，科學(xué)家現(xiàn)在覺得，量子糾纏似乎也是須要信道的，潘建偉院士的項目組2013年也測出，量子糾纏的傳輸速率起碼比光速高4個數(shù)目級。
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這就是量子隱型傳態(tài)的理論基礎(chǔ)。在量子糾纏的幫助下，帶傳輸量子攜帶的量子信息可以被頓時傳遞并被復(fù)制，因而就相當(dāng)于懸疑小說中描寫的“超時空傳輸”，量子在一個地方神秘地消失，不須要任何載體的攜帶，又在另一個地方神秘地出現(xiàn)。
技術(shù)突破：非搗毀性檢測
但想檢測一下光子，再讓遠(yuǎn)方復(fù)制，實現(xiàn)上去是十分困難的。因為太小量子通訊速度，光子“一觸而潰”，再精細(xì)的檢測也讓它面目全非。
中科大網(wǎng)站介紹說，1997年，國際上首次報導(dǎo)了單一自由度量子隱型傳態(tài)的實驗驗證，該工作隨即與倫琴發(fā)覺X射線、愛因斯坦構(gòu)建相對論、沃森和克里克發(fā)覺DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等影響世界的重大科技成果一起入圍了《自然》雜志“百年化學(xué)學(xué)21篇精典論文”。
但是，往年所有的實驗實現(xiàn)都存在著一個根本的局限，即只能傳輸單個自由度的量子狀態(tài)，而真正的量子化學(xué)體系自然地?fù)碛卸喾N自由度的性質(zhì)，雖然是一個最簡單的基本粒子，如單光子，它的性質(zhì)也包括波長、動量、自旋和軌道角動量等等。
潘建偉對科技商報介紹說：“測量一個自由度，不干擾其他自由度，很困難。好比檢測凈高，直尺一拉，體重就受了影響。”
中科大這次就是進(jìn)一步發(fā)展出了“非搗毀性的檢測技術(shù)”。經(jīng)過多年堅苦努力，研究人員成功制備了國際上最高色溫的載流子-軌道角動量超糾纏源、高效率的軌道角動量檢測元件，突破了往年國際上只能操縱兩光子軌道角動量的局限，搭建了6光子11量子比特的載流子-軌道角動量糾纏實驗平臺，進(jìn)而首次讓一個光子的“自旋”和“軌道角動量”兩項信息能同時傳送。
據(jù)中科大新聞網(wǎng)報導(dǎo)量子通訊速度，該實驗成果得到了《自然》雜志審稿人的高度評價，她們一致贊揚(yáng)該工作“絕對新穎、重要，處于當(dāng)前量子光學(xué)和量子信息領(lǐng)域的最前沿，可以覺得是一個偉大的成就”、“在1997年單個自由度量子隱型傳態(tài)實驗實現(xiàn)的18年以后，這個工作從基本概念中將量子隱型傳態(tài)提高到了一個新的水平”、“非常有趣，意義重大，且具有非常嚴(yán)苛的技術(shù)難度”。
因為該成果的重要性，《自然》雜志專門約請國際著名量子光學(xué)專家院士在同期的“新聞視角”（NewsandViews）欄目撰文評論：“該實驗實現(xiàn)為理解和展示量子化學(xué)的一個最深遠(yuǎn)和最令人吃驚的預(yù)言邁出了重要的一步，并可以作為未來量子網(wǎng)路的一個強(qiáng)悍的基本單元”。
該論文發(fā)表后，第一時間遭到了英國《科學(xué)新聞》（News）和法國數(shù)學(xué)學(xué)會新聞網(wǎng)站W(wǎng)orld等多家國際媒體的報導(dǎo)，稱“該工作除了為提高量子熱學(xué)基礎(chǔ)問題的理解邁入了關(guān)鍵一步，也將在未來量子計算機(jī)的研發(fā)中飾演重要角色”。
應(yīng)用：謝耳朵的困局還很遙遠(yuǎn)
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看過《生活大爆燃》的讀者可能還記得，謝耳朵以前在劇中提到過頓時聯(lián)通（）的倫理問題：假若我還能在此地被搗毀，之后在異地重建，這么使用了不同原子重建的我，還是我嗎？
暫時還不用擔(dān)憂。中科大的這項研究距離宏觀物體的遠(yuǎn)距傳輸還差的很遠(yuǎn)，其應(yīng)用主要在于量子通訊。在無線通訊中，倘若直接使用二補(bǔ)碼編碼會導(dǎo)致嚴(yán)重的偏差，因而在數(shù)字通訊中，人們還須要進(jìn)行更復(fù)雜的編碼。同樣，從單自由度傳輸?shù)蕉嘧杂啥葌鬏數(shù)倪M(jìn)步，對量子通訊的實用化意義重大。