精選答案

由中國科大和清華大學組成的聯(lián)合小組在量子態(tài)隱形傳輸技術上取得的新突破，可能使這種以往只能出現(xiàn)在科幻電影中的“超時空穿越”神奇場景變?yōu)楝F(xiàn)實。
據(jù)聯(lián)合小組研究成員彭承志教授介紹，作為未來量子通信網(wǎng)絡的核心要素，量子態(tài)隱形傳輸是一種全新的通信方式，它傳輸?shù)牟辉偈墙?jīng)典信息，而是量子態(tài)攜帶的量子信息。
“在經(jīng)典狀態(tài)下，一個個獨立的光子各自攜帶信息，通過發(fā)送和接收裝置進行信息傳遞。但是在量子狀態(tài)下，兩個糾纏的光子互為一組，互相關聯(lián)，并且可以在一個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方瞬間神秘出現(xiàn)。量子態(tài)隱形傳輸利用的就是量子的這種特性，我們首先把一對攜帶著信息的糾纏的光子進行拆分，將其中一個光子發(fā)送到特定位置，這時，兩地之間只需要知道其中一個光子的即時狀態(tài)，就能準確推測另外一個光子的狀態(tài)，從而實現(xiàn)類似‘超時空穿越’的通信方式?！迸沓兄菊f。

據(jù)介紹，量子態(tài)隱形傳輸一直是學術界和公眾的關注焦點。1997年，奧地利蔡林格小組在室內(nèi)首次完成了量子態(tài)隱形傳輸?shù)脑硇詫嶒烌炞C。2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功地將量子“超時空穿越”距離提高到600米。但由于光纖信道中的損耗和環(huán)境的干擾，量子態(tài)隱形傳輸?shù)木嚯x難以大幅度提高。
2004年，中國科大潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間實現(xiàn)更遠距離的量子通信。在自由空間，環(huán)境對光量子態(tài)的干擾效應極小，而光子一旦穿透大氣層進入外層空間，其損耗更是接近于零，這使得自由空間信道比光纖信道在遠距離傳輸方面更具優(yōu)勢。
據(jù)悉，該小組早在2005年就在合肥創(chuàng)造了13公里的自由空間雙向量子糾纏“拆分”、發(fā)送的世界紀錄，同時驗證了在外層空間與地球之間分發(fā)糾纏光子的可行性。2007年開始，中國科大——清華大學聯(lián)合研究小組在北京架設了長達16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現(xiàn)了世界上最遠距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性，為未來基于衛(wèi)星中繼的全球化量子通信網(wǎng)奠定了可靠基礎。 中國科學家日前曾經(jīng)創(chuàng)造了97公里的量子遠距離傳輸世界紀錄，引起轟動，不過長江后浪推前浪。新浪科技援引美國物理學家組織網(wǎng)的報道稱，維也納大學和奧地利科學院的物理學家憑借143公里的成績再創(chuàng)了新高，朝著基于衛(wèi)星的量子通訊之路邁出了重要一步。

實驗中，奧地利物理學家安東-澤林格領導的一支國際小組成功在加那利群島的兩個島嶼——拉帕爾瑪島和特納利夫島間實現(xiàn)量子態(tài)傳輸，距離達到143公里，比中國的遠了46公里之多。
其實，打破傳輸距離并不是科學家的首要目標。這項實驗為一個全球性信息網(wǎng)絡打下了基礎，在這個網(wǎng)絡，量子機械效應能夠大幅提高信息交換的安全性，進行確定計算的效率也要遠遠超過傳統(tǒng)技術。在這樣一個未來的“量子互聯(lián)網(wǎng)”，量子遠距傳輸將成為量子計算機之間信息傳送的一個關鍵協(xié)議。
在量子遠距傳輸實驗中，兩點之間的量子態(tài)交換理論上可以在相當遠的距離內(nèi)實現(xiàn)，即使接收者的位置未知也是如此。量子態(tài)交換可以用于信息傳輸或者作為未來量子計算機的一種操作。在這些應用中，量子態(tài)編碼的光子必須能夠傳輸相當長距離，同時不破壞脆弱的量子態(tài)。奧地利物理學家進行的實驗讓量子遠距傳輸?shù)木嚯x超過100公里，開辟了一個新疆界。

參與這項實驗的馬小松(Xiao-song Ma音譯)表示：“讓量子遠距傳輸?shù)木嚯x達到143公里是一項巨大的技術挑戰(zhàn)?！眰鬏斶^程中，光子必須直接穿過兩座島嶼之間的湍流大氣。由于兩島之間的距離達到143公里，會嚴重削弱信號，使用光纖顯然不適合量子遠距傳輸實驗。
為了實現(xiàn)這個目標，科學家必須進行一系列技術革新。德國加爾興馬克斯-普朗克量子光學研究所的一個理論組以及加拿大沃特盧大學的一個實驗組為這項實驗提供了支持。馬小松表示：“借助于一項被稱之為‘主動前饋’的技術，我們成功完成了遠距傳輸，這是一項巨大突破。主動前饋用于傳輸距離如此遠的實驗還是第一次。它幫助我們將傳輸速度提高一倍?！痹谥鲃忧梆亝f(xié)議中，常規(guī)數(shù)據(jù)連同量子信息一同傳輸，允許接收者以更高的效率破譯傳輸?shù)男盘枴?br />澤林格表示：“我們的實驗展示了當前量子技術的成熟程度以及擁有怎樣的實際用途。第一個目標是基于衛(wèi)星的量子遠距傳輸，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的量子通訊。我們在這條道路上向前邁出了重要一步。我們將在一項國際合作中運用我們掌握的技術，中國科學院的同行也會參與這項合作。我們的目標是實施一項量子衛(wèi)星任務?！?br />2002年以來就與澤林格進行量子遠距傳輸實驗的魯珀特-烏爾森指出：“我們的實驗取得了令人鼓舞的成果，為未來地球與衛(wèi)星之間或者衛(wèi)星之間的信號傳輸實驗奠定良好基礎?！碧幵诘偷厍蜍壍赖男l(wèi)星距地面200到1200公里。(國際空間站距地面大約400公里)烏爾森說：“在從拉帕爾瑪島傳輸?shù)教丶{利夫島，穿過兩島間大氣過程中，我們的信號減弱了大約1000倍。不過，我們還是成功完成了這項量子遠距傳輸實驗。在基于衛(wèi)星的實驗中，傳輸數(shù)據(jù)更遠，但信號穿過的大氣也更少。我們?yōu)檫@種實驗奠定了一個很好的基礎?！?
傳統(tǒng)計算機采用的是0與1的二進制計算，二進制很容易以電路的開與關，或者高電平與低電平表示。而量子計算則用一個個量子態(tài)代替了傳統(tǒng)計算機的二進制計算位，稱之為“量子位”(qubit)。可以用量子態(tài)的正向和反向自旋分別代表0與1。與傳統(tǒng)計算機不同的是，量子態(tài)可以處于0和1的 “線性疊加態(tài)”，這使得同時計算能力比傳統(tǒng)計算機有極大的提升。但是一直以來最大的問題在于，量子計算機的核心，即用于運算的量子態(tài)本身極易受到擾動，使得計算失敗。所以關鍵就在于如何找到一種方法，使得量子系統(tǒng)不受外界因素的擾亂。
使用一種稱之為“量子退火”的技術，能夠找到8個超導流量子位的基態(tài)，使之不被熱運動或者噪聲擾亂。既然許多復雜的問題最后都可以歸結(jié)為尋找一個相互作用的自旋系統(tǒng)的基態(tài)，量子退火則已經(jīng)有望解決一些形式的復雜問題了。
調(diào)整8個量子位，使其排成一列。由于特定方向的自旋會產(chǎn)生特定方向的磁場，讓每一個量子位的自旋和它左右相鄰的兩個保持同一方向（向上或者向下）。把兩端的量子位調(diào)整為反向，并允許中間6個量子位根據(jù)它們各自相鄰的量子位，重新調(diào)整自旋方向。由于外力強制了那兩個量子位自旋反向，這一調(diào)整過程最終變成一個“受阻”的鐵磁體陣列。通過向同一方向傾斜量子位并升高能壘，最終使得該系統(tǒng)演化成了一種特殊的受阻自旋陣列即為基態(tài)。
量子位可以通過兩種方式改變自旋方向：通過量子力學的隧穿機制，或者通過經(jīng)典的熱運動。由于加熱會破壞量子位的量子性質(zhì)，必須使用一種純粹通過隧穿效應使得自旋反轉(zhuǎn)的方法。使用冷卻系統(tǒng)，直到隧道和熱運動導致的轉(zhuǎn)換都已經(jīng)停止，量子位被“凍結(jié)”。通過在不同溫度下重復這一過程，就能夠確定如何只使用隧道效應完成量子退火。增加自旋的數(shù)量，可以使該系統(tǒng)提供一個物理上實際可行的方法來實現(xiàn)一些量子算法。研究人員如今正應對這一挑戰(zhàn)，并計劃將這一過程應用于，諸如機器學習和人工智能之類的領域。 《星際迷航》中的量子隱形傳輸可以在數(shù)秒內(nèi)完成人體傳輸，但現(xiàn)實理論認為這一過程的發(fā)生需要4500萬億年。
到目前為止，關于量子傳輸?shù)难芯績H僅停留在理論探索階段，有研究人員表示該技術的掌握是宇宙先進文明的標志，將徹底改變空間旅行的途徑，只需要量子傳輸就能進行空間旅行，根本不需要龐大而復雜的火箭。《星際迷航》中展示的量子傳輸技術可以應用于人體，從傳輸物品到人體顯然又是一個飛躍。
影片中傳輸人體的時間似乎只要一瞬，那么現(xiàn)實中量子傳輸理論從A點到B點需要多長時間呢？來自英國萊斯特大學的一組物理研究小組試圖通過數(shù)學工具對其該課題進行探索，其中一名叫做大衛(wèi)・斯塔基的研究人員稱：根據(jù)我們的研究結(jié)果，如果完成一次人體瞬間轉(zhuǎn)移需要的時間可能有點長，但是這種空間旅行方式仍然是可行的。那么具體的時間大約會是多少呢？一秒鐘？一分鐘？還是一個小時？影片中企業(yè)號飛船的量子傳輸通道可以在幾秒鐘之內(nèi)完成點對點的隱形傳輸，但現(xiàn)實理論計算表明這個時間需要4,500,000,000,000,000年！即4500萬億年！大約是宇宙年齡的350,000倍！
如果說星際迷航中的量子傳輸技術如同極速寬帶，那么現(xiàn)實理論推導出的量子傳輸則更像撥號上網(wǎng)，實在是太慢了！研究人員進一步假設，如果我們通過技術手段將一個單位的人完成變成數(shù)據(jù)，那么整個物理結(jié)構(gòu)將達到2.6乘以10的42次方數(shù)量級，我們使用一個29.5至30千兆赫的帶寬，加上350,000倍的宇宙年齡（137億年），從宇宙誕生到如今只傳輸過一個單位的人。毫無疑問，根據(jù)人類當前掌握的量子傳輸理論，依然無法理解這項超級技術，能掌握量子瞬間傳輸技術的物種才可躋身宇宙先進文明行列。 量子糾纏可以用來通訊是常見誤區(qū)
1. 糾纏態(tài)粒子雙方必須在約定好的時間上“同時”測量子在某一方向上的自旋，而這種自旋的狀態(tài)存在一種相關性（調(diào)整角度，可以達到100%正相關）
　　所以量子通信不可能達到超光速的信息傳遞　　因為自旋的狀態(tài)是隨機的，比如1,0，-1，如果是完全正相關，在A點測的時候是1，B點也是1.但是A點的測試員不知道他會出現(xiàn)1還是0還是－1，這三個數(shù)字是隨機的，只不過AB兩點有超光速的“影響”而已　　可以看做是一種糾纏態(tài)粒子之間的“加密”信息。。?！　《覝y量的時間必須是約定好的（如果參考系的運動速度有很大差異，要用狹義相對論修正約定的時間的），也就是說不能用測量間隔做信息傳遞的方式（相隔長時間測量和相隔短時間測量），因為如何測量都是約定好的。
2. 首先，你可以制造一個糾纏態(tài)，（足夠長的時間后）讓它可以在足夠遠的空間點之上產(chǎn)生關聯(lián)，但是一旦測量破壞了這個態(tài)（標準量子力學里這個態(tài)的破壞（塌縮）是瞬時傳遍全空間的，我們一般說的利用量子糾纏的超光速就是指這一步），你就不能重新（超光速的）在這兩點之間建立新的糾纏態(tài)?！　∥覀円獜牧孔討B(tài)提取信息，就必須測量，一旦測量，糾纏態(tài)就會破壞，因此你如果要保持糾纏態(tài)，就不能對它進行測量。假設有一個糾纏態(tài)存在，在A進行測量，波函數(shù)塌縮了，這時B處的狀態(tài)的確發(fā)生了變化，但由于它本身并不處在一個測量行為中（否則波函數(shù)之前就塌縮了），因此在B處不可能實時得知這個變化，只有通過打電話之類的經(jīng)典行為，A處的人至少得告訴B處的人已經(jīng)做過測量了，B處的人再來進行測量，才有可能能得知A處傳過來的信息具體是什么?！　∷粤孔油ㄐ耪嬲膬?yōu)勢不是超光速，而是其保密性。理論上信息傳遞過程中是絕對安全的，敵人最多可以破壞通信，但是絕對無法截獲通信內(nèi)容。