华商专访|大开脑洞!量子隐形传态有多神奇
A和B间进行量子隐形传态的过程:
A拥有的光子1和B拥有的光子2之间是纠缠对,构成量子通道(通过量子卫星实现)
通过对光子1、量子态3共同进行测量,测量后量子态3隐形,光子1变化
A将测量结果用经典通道(如电话)告知B,B根据收到的测量结果,经处理光子2变成光子1最开始的样子
而这之间的形态变化都是超光速
虽然科幻电影中人的“瞬间传输”还是个梦,但中国科学技术大学潘建伟、彭承志团队已经实现了地面与量子卫星“墨子号”之间量子态的“瞬间传输”——量子隐形传态和量子密钥分发。
这是继今年6月实现千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验后,我国科学家利用“墨子号”实现的又两项重大突破。
星地量子隐形传态成功有什么意义?是否意味着距“瞬间转移”实现已经不远了?华商报记者近日专访了西安交通大学理学院应用物理系博士汤卫东。汤卫东从事量子信息理论研究,2006年到2013年曾在潘建伟院士的研究团队学习、工作。
打开脑洞
来认识量子微观世界
在量子的微观世界,很多规律和我们宏观世界很不一样,“量子纠缠”是量子力学中反直觉的现象之一,通俗来讲,就是两个相隔很远的粒子,它们拥有某种“神奇的默契”,可以在没有任何通讯的情况下呈现出一致的状态。如果其中一个量子的状态发生改变,另一个量子的状态也会瞬时发生相应改变。
而“量子隐形传态”就是量子纠缠的一种奇妙应用。它可以使量子信息或者称为量子态在某处消失,随后在远处重现,有点像神话中的“瞬间转移”。但值得注意的是,量子隐形传态传递的并不是物质本身,光子并没有千里迢迢地跑到另一处。相反它是利用一端的信息在另一个很远的地方将原先的量子态重塑出来,而原先的量子态会因为测量遭到破坏。
也因为量子不可克隆,信道中的窃听者无法直接复制量子态,想要获取密钥的信息不可避免地会对系统造成扰动,这一扰动会被通信双方发觉,且加密内容不可破译。因此,基于“量子密钥”的量子通信,是一种“原理上无条件安全”的通信方式。
量子纠缠的关联速度可超过光速
华商报:什么是量子?量子有哪些神奇的的特性?
汤卫东:量子就是各种物理量比如能量、动量等的最小单元。量子力学的神奇,首先体现在叠加态。不是指多个量子态叠加在一起,而是指单个量子态可以同时存在好几种状态,好比会“分身术”,甚至还可以是完全相反的状态,比如薛定谔的猫可以“既死又活”。依靠这一点,可以帮计算机实现并行计算,极大地提高运行速度。
其次,我们可以制备出一种叫做纠缠态的量子态。这种量子态带有一种奇妙的关联,测量改变其中一个量子态的状态,另一个的状态就会瞬间改变,无论两者距离多远,哪怕一个在地球,另一个在月球。这种关联产生的速度超过光速,被称为量子的非定域性。这是科学中最奇特的现象之一,甚至连爱因斯坦都不能接受,称之为“鬼魅般的超距作用”。
除了量子叠加、量子纠缠之外,量子态还有个特点:不可克隆,利用这些性质可以制作出最安全的密钥,让信息传输变得更安全。