量子技術能否大變活人？

班子辰

上文的“量子隱形傳態”提到量子糾纏和瞬間傳送，在本文中，我們就來詳細談談這兩個問題。

什么是量子糾纏？

量子糾纏概念是在愛因斯坦和玻爾之間進行的著名論戰中產生的。愛因斯坦是量子力學的奠基人之一，光子這個概念就是他在20世紀初首先提出的。20世紀20年代，量子力學迎來了革命性的發展，以丹麥物理學家玻爾、德國物理學家海森堡等人領導的哥本哈根學派，認為粒子的狀態在測量之前是不確定的，處于多種可能狀態的“疊加之中”，這種狀態被稱為“疊加態”。只有當我們去測量粒子到底處于什么狀態時，粒子才會隨機地進入某一個確定的狀態。

愛因斯坦卻認為粒子的狀態從始至終都應該是確定的，只不過當前的量子力學還不完善，并表示“上帝不擲骰子”。所以，多年來，愛因斯坦一直不斷對量子力學發起挑戰，辯論的對手則是他的好友玻爾。愛因斯坦發起的最后一次也是最為厲害的挑戰，發生在1935年。當時，愛因斯坦和他的兩位同事共同撰寫了一篇論文，證明了當前的量子力學是有問題的，因為量子力學可以推導出一個看似不可能結論：兩個粒子經過短暫的彼此相互作用之后，測量其中一個粒子的狀態會不可避免地瞬間影響到另一個粒子的狀態，而不管它們之間相隔有多遠。這種現象在后來被稱為量子糾纏。愛因斯坦認為，粒子之間的瞬間影響是不可能的，因為狹義相對論已經對物體之間傳遞的信息速度設定了限制——不可超過光速。

然而，實驗反復證明了量子糾纏確實存在。對于許多外行來說，這聽起來好像量子糾纏可以把想要發送的消息從一個地方瞬間傳到另一個地方，來實現超光速通信，但事實并非如此。對處于糾纏中的一個粒子進行測量，其測量的結果是完全隨機的，你是無法控制的，而且進行完測量后，兩個粒子的糾纏狀態就被破壞掉了。所以，你無法利用量子糾纏來實現超光速通信。

如何實現瞬間傳遞？

那么，量子糾纏是怎么實現瞬間傳送的呢？1993年，在加拿大蒙特利爾的一個研討會上，一些物理學家提出，量子糾纏雖然無法實現超光速通信，但可以借助它把一個粒子的狀態瞬間傳送給了另一個種類相同的粒子身上，使得另一個粒子表現得跟第一個粒子一樣，前提是沒有人知曉所傳送的這個狀態究竟是什么。

這種瞬間傳送并不會傳送任何物質或能量，只是傳送了某種“不為人知”的狀態，所以，這種技術通常被稱為“量子隱形傳態”。下面，我們就來了解一下實現量子隱形傳態的大致步驟。

量子隱形傳態需要使用三個粒子，涉及到兩個地點。首先將粒子A和粒子B糾纏在一起，以建立傳送通道。假設粒子A位于北京，而粒子B被發送到另一個地點，比如上海。北京那里還有一個粒子C，與粒子B的種類相同。粒子C的狀態就是所要進行傳送的狀態，但沒人知曉這個狀態究竟是什么。

為了進行量子隱形傳態，北京的一方會對粒子A與C一起進行了一種特殊的測量，稱為貝爾測量。

貝爾測量對普通人來說是比較難以理解的，我們無需知道其細節，只需要知道，測量結果雖然包含一些信息，比如關于粒子的自旋或速度等信息，但不能告訴粒子C原來處于什么狀態。此外，這種測量會影響粒子C原來的狀態，并使粒子A和粒子B不再互為糾纏，但粒子A與C卻糾纏在一起了。

上海的粒子B會因此發生相應的改變，當前的狀態應該與粒子C原來的狀態存在一定的聯系。上海的一方應用正確的操作，就可以把粒子B的狀態變成粒子C原來的狀態。

但是，上海的一方需要應用什么操作來完成量子隱形傳態呢？他可以從北京所進行的貝爾測量結果中推斷出這一點。北京的一方必須用一些經典的信息傳遞方式把這個結果傳達給上海——電子郵件、電話、信鴿以及其他任何可行的通信方式。一旦得到了測量結果，上海的一方就知道如何對粒子B進行操作，來把它的狀態變成粒子C原來的狀態。

究竟超光速了嗎？

許多人認為，量子隱形傳態是一種新的信息傳輸方式，通過這種方式可以使信息傳播速度超越光速，我們可以跟離地球500萬光年之外的星球即時通話。這是完全錯誤的！通過測量讓各個粒子的狀態確實可以瞬間改變，但這并不能傳遞信息。要想有效傳遞信息，仍然必須要通過經典的通信，而經典通信不能超過光速。

量子隱形傳態是將一個粒子的狀態轉移到另一個相同種類的粒子上，同時擦除原始粒子的狀態。這與真正的瞬間傳送的區別在于：量子隱形傳態并沒有發生真正的傳送，沒有傳送任何物理實體，它只是把一個粒子狀態的“信息”借助量子糾纏傳送出去了，而且從始至終我們都不知道這個信息的具體內容。

將來能傳送人嗎？

為了成功地瞬間傳送一個物體，傳送裝置必須精確復制每個粒子的狀態。如果沒有，傳輸的版本會有細微的不同。例如，喜氣洋洋的你可能傳送完之后，會變為一個唉聲嘆氣的你，或者更糟的是，你可能會變成一堆灰塵。

然而，即使我們能夠精確復制每個粒子的狀態，也不可能在不改變粒子原來狀態的情況下，獲悉粒子精確的狀態。因為復制的前提是對粒子進行測量，而根據海森堡測不準原理，測量一般會改變該粒子的量子狀態。這意味著，你不可能制造出一個完美的粒子復制品，并且不破壞原來的粒子狀態。這個結論被稱為“不可克隆原理”，物理學家在20世紀80年代在理論上證明了這一點。

在量子隱形傳態中，粒子C原來的狀態被摧毀了，然后粒子B會變為與粒子C原來狀態完全一樣的粒子，因此，這個過程也同樣遵循了不可克隆原理。也就是說，假設在未來，人們可以借助量子隱形傳態傳送更為復雜的物體，甚至能傳送人，但這種技術都會破壞掉原來的物體或人。例如，把你從北京傳送到上海，那么會首先在北京把你摧毀掉，然后在上海那里復制出一個你。真正的你已經死了，活著的只是你的一個復制品，所以在未來哪位瘋狂科學家邀請你體驗量子隱形傳態，可千萬別去嘗試。