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量子通信,可以高深但拒絕高冷
//agustinmoreno.com2016-01-14來源:科技日報
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  第二站 量子糾纏——逆天的心靈感應(yīng)

  帶著一點朦朧的感悟,我們繼續(xù)上路。

  疊加態(tài),如同孫悟空的分身術(shù)。因為有著72分身,孫悟空可以同時既在此地,又在彼方。但是,如果唐僧想看清孫悟空究竟在哪里,這調(diào)皮美猴王的所有分身都會隨機消失,只留下一個。

  講到這里,量子糾纏的概念就該登場了:相互獨立的粒子可以完全“糾纏”在一起,對其中一個粒子進行觀測可以即時影響到其它粒子,無論它們之間的距離有多遠(yuǎn)。

  著名科學(xué)家愛因斯坦對此無法接受,稱其為“幽靈般的超距作用”。

  要繼續(xù)開始想象了:現(xiàn)在有一個大粒子衰變成了兩個小粒子,它們倆關(guān)系不和,朝著相反的方向飛開去。假設(shè)這種粒子有兩種可能的自旋——“左旋”和“右旋”。根據(jù)總體守恒,如果粒子A為左旋,那么B一定為右旋;反之亦然。

  可是,在我們沒有對A和B進行觀測之前,它們的狀態(tài)都是不確定的,每個粒子都處于一種左/右可能性的疊加態(tài)。

  接下來,出現(xiàn)的就是連愛因斯坦都無法理解的一幕了——一旦我們觀測粒子A,它的波函數(shù)瞬間坍縮,并隨機選擇了一種狀態(tài)——比如說“左旋”;此時,盡管已經(jīng)和A相距遙遠(yuǎn),粒子B的狀態(tài)也就瞬間確定了——它是“右旋”。

  就算這兩粒子分別處于宇宙的兩端,它們同樣可以保持這樣可怕的“默契”——一旦你隨機選擇了左,那我一定會選擇右。任何所謂的心靈感應(yīng),都比不上“量子糾纏”來得深刻。

  第三站 量子隱形傳態(tài)——一場“神奇變變變”

  終于,我們接下來要進入核心景點了——如果,我要在兩個處于糾纏態(tài)的粒子之間通信呢?

  此時,我們制備出了處于量子糾纏狀態(tài)的光子α和光子β,并且把α給了身在北京的甲,把β給了身在上海的乙。我們實際上想傳遞的東西,是光子γ。

  首先,我們讓光子α和光子γ產(chǎn)生干涉,并記錄下干涉結(jié)果;然后,甲需要用經(jīng)典通信的方式,比如打電話、發(fā)短信、傳電子郵件等,告訴乙這一結(jié)果。

  拿到結(jié)果之后,我們就可以期待一場“光子變身秀”了。乙會操作一種叫作波片的東西,把β變成γ。

  什么?這是什么意思?不要慌,可以這么理解:α和β處于糾纏態(tài);所以當(dāng)α和γ發(fā)生干涉時,γ和β也就自動具有某種關(guān)系了;甲告訴乙α和γ的干涉結(jié)果,其實是告訴乙,β和γ應(yīng)該具有怎樣的關(guān)系。于是,乙通過“反推”,就能將β變成γ。

  請注意,量子隱形傳態(tài),并沒有真正傳遞出去了什么東西,而是一場“神奇變變變”。在這場“通信”中,α和β都是為了主角γ而犧牲的“炮灰”。最終目的,是讓β成為γ,讓乙能夠獲得有關(guān)γ的一些信息。

  但是,目前能用量子隱形傳態(tài)傳輸?shù)臇|西相當(dāng)有限。獲評2015年年度國際物理學(xué)領(lǐng)域十項重大突破之首的,是潘建偉和陸朝陽等人的科研項目“多自由度量子隱形傳態(tài)”。這項工作的突破性,在于它首次傳送了光子的兩個性質(zhì)——“自旋”和“軌道角動量”。

  真正的應(yīng)用,確實任重道遠(yuǎn)。

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