“瞬间传送”成现实:中国科学家实现地星间量子隐形传态

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Toutiao
最新回复:2017年8月9日 16点27分 PT
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澎湃新闻网

提到“瞬间传输”,不少人脑子里会浮现起《星际迷航》。虽然我们目前离瞬间传输人类还很遥远,但中国科学家已经借助量子科学卫星“墨子号”,实现了地星之间量子态的“瞬间传输”。


科幻剧《星际迷航》中瞬间传送人类画面。
北京时间8月10日凌晨,世界顶级学术期刊《自然》报道了中国科学技术大学潘建伟团队的两项最新成果,其中一项就是地星之间的量子隐形传态。

论文的第一作者、中科大上海研究院任继刚副研究员向澎湃新闻(www.thepaper.cn)强调,量子隐形传态是利用量子纠缠可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点,而不用传送物质本身,远距离量子隐形传态是未来实现大尺度分布式量子信息处理网络的基本单元。

量子纠缠态:超越光速的传输?

在一个月以前,潘建伟团队曾登上另一顶级期刊《科学》的封面。当时,他们创下了世界量子纠缠分发距离的记录,达到1200千米,实现了一个数量级上的突破。

量子是物理学中不可再分的基本单元,由德国物理学家普朗克在1900年首次提出。比如,光子就是量子性的,不存在“半个光子”的说法。

科学家们在量子的世界中,发现了许多奇妙的现象。其中,量子纠缠就是一种奇妙的表现,爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联,其中一个量子状态发生改变(比如人们对其进行观测),另一个的状态会瞬时发生相应改变,仿佛“心灵感应”。比方说,如果一个光子的偏振态是“向上”的,那么另一个光子的偏振态必然是“向下”的。

这个构思源于爱因斯坦(Einstein)、波多尔斯基(Podolsky)和罗森(Rosen)在头脑里做的一个实验,因此,这样的一对粒子也被称为“EPR”对。

在量子纠缠的帮助下,量子态的塌缩是瞬间发生的。这就好比,你去北京出差,打开行李箱一看,只带了一只左手的手套。那么,你立刻就能知道,落在上海家中的另一只手套肯定是右手的。一个事件影响的传播超过了光速,这不符合定域实在论。终其一生,爱因斯坦都认为量子力学是个不完备的理论。

不过,后人在实验中成功地实现了量子纠缠, “墨子号”卫星将纠缠光子对分发到青海德令哈和云南丽江地面站,更是刷新了量子纠缠的最远距离:1200公里。

量子隐形传态:到底是什么“瞬移”了?

这次,潘建伟团队在量子纠缠的基础上更进一步,玩了一个更为匪夷所思的“魔术”:大变光子。

首先,科研人员在西藏阿里的地面站制备纠缠光子对A和B,将其中一个光子B分发给“墨子号”卫星,组成一条隐形传态的信道。科研人员同时对另一个地面上的光子C和A进行一个操作,称为“贝尔态测量”(BSM)。根据量子的一些基本特性,光子C和A经过测量之后,他们的量子态会改变,与A处于纠缠态的B也会发生相应变化。在得到某一个测量结果时,光子B恰好会变到光子C最初的状态。

也就是说,一个与原来的光子A状态一模一样的光子,出现在了卫星上,仿佛光子A完成了“瞬间移动”。这里面有两个值得注意的地方:首先,这并不是光子本身被转移到卫星上,原来的光子A还在地面上,而且状态已经由于测量而改变了。所以,这中间并不存在“复制”的问题。

即使有朝一日,科技的发展真的能实现人类的隐形传态,我们也大可不必担忧世界上存在“两个我”的伦理问题。

另一方面,在量子隐形传态的过程中,信息的传播并没有超过光速。如果信息的发送方想要通过卫星这个中继站,把手中光子的量子态传给另一个地面站的接收方,那么他们需要通过传统的通信渠道,比如电话、短信或者互联网,沟通贝尔态测量结果。

“百年物理学21篇经典论文”

1993年,IBM的查尔斯·本内特(Charles H. Bennett)和其他5位科学家一起提出了量子隐形传态的构想。值得一提的是,此次潘建伟团队发表在《自然》上的另一个实验,量子密钥分发,也是基于本内特和合作者在1984年提出的一个构想。

1997年,潘建伟在他的老师、奥地利因斯布鲁克大学的蔡林格(Anton Zeilinger)团队首次实现了单光子自旋态的传输。这篇题为《实验量子隐形传态》的论文后来入选了《自然》杂志的“百年物理学21篇经典论文”,跟它并列的论文包括伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等。

不过,考虑到光子在光纤中的损耗率,量子隐形传态的距离拓展一直十分艰难。直到2004年,蔡林格团队才利用多瑙河底的光纤信道,将量子隐形传态距离提高到600米。2008年,潘建伟团队与清华大学合作,在北京八达岭与河北怀来之间实现了16公里的量子态隐形传态,相当于此前世界纪录的27倍。

2012年,潘建伟团队在青海湖实现了97公里自由空间的量子态隐形传输。

2015年,潘建伟团队首次实现单光子多自由度的量子隐形传态,也就是说,传输了一个单光子的多个信息。

2015年,潘建伟团队多光子纠缠干涉成果获得了2015年度国家自然科学一等奖。

“上传”与“下载”

自2005年加入潘建伟团队以来,任继刚就一直进行量子隐形传态的研究工作,并参与了上述八达岭和青海湖等实验。

在任继刚看来,在这次“墨子号”圆满完成的三大科学实验任务:量子纠缠分发、量子隐形传态、量子密钥分发中,地星之间量子隐形传态最大的挑战,在于它是唯一一个从地面往上传的实验。

“那两个实验(量子纠缠分发和量子密钥分发)是从天上往地下发,地面上是大口径的望远镜接收。这种大口径的望远镜,我们国家的技术已经比较成熟。”

从卫星上下行的光束,先经过长距离的真空,再穿过最后十几公里的近地面大气层,光斑直径大约有十几米。此时产生一些扰动,对接收效果影响并不大。而从地面“上传”,光束会首先经过大气层的干扰。

为此,团队挑选了阿里这个实验地点:海拔高,光束可以少“走”一些路,年均降水少,空气干燥,人类活动的干扰较少。不过,研究人员也不得不接受恶劣的自然条件的挑战。

在这次实验中,量子纠缠和贝尔态测量都是在阿里的地面站中进行的。下一步,团队将先进行远距离的量子纠缠分发,再进行贝尔态测量,实现地面站之间的量子隐形传态。

我们当然可以畅想,未来有一天,我们站在地面的机器里,说出《星际迷航》中的那句经典台词:“Beam me up.”(传送我吧)。我们的身体被分解成无数粒子,然后这些粒子的状态被传送给卫星里的粒子。这时,一个“我”在地面上被分解了,一个“我”在卫星上重构。

不过,量子隐形传态目前处于十分初期的发展阶段,因而,我们还无需过早地操心“卫星上的那个我还是不是我”这种哲学问题。
南城胡同串子
1 楼
我颤颤巍巍的问一句。。。。。真的?
胡阿友2
2 楼
这个好像是真的,不会撤稿。
L
LA1911
3 楼
意淫最快
黄雀在后
4 楼
明天直接送部队到新德里
凤羽
5 楼
五分,迷途知返吧,否则都是大使馆前自杀的命。
老贼999
6 楼
玄而又玄 謂之道士耶
三竹斋
7 楼
能不能把包子瞬間傳送到火星上去? 求求你啦 大科學家!
正义的门徒
8 楼
我搞不懂这个有什么意义。你无法控制量子的状态,只能撞大运让卫星上的量子变成某种状态。然后呢t
我要真普選
9 楼
還需要建高鐵嗎?
p
politics
10 楼
说了不少乱七八糟,你先告诉我你如何分离出单个光子?
愚若智大
11 楼
以后陆毅再去抓侯勇时 侯勇可以瞬间把满屋的现金转移么 ~~
p
politics
12 楼
都是忽悠不明白的人
I
Iamoverseachinese
13 楼
我刚刚去查了“自然Nature”和“科学Science”这两个杂志的目录,没有发现有这位潘建伟的文章呀?是不是发表在这两个杂志下属的期刊?
曲肱而枕
14 楼
首先,量子态的传递是瞬时的(这是爱因斯坦觉得不对的地方),但是并不能通过这个来以超过光速传递信息(至少还能自洽,不违背相对论)。 这个实验的主要意义是量子态(或者从量子态里提取的信息)的传输是不可能被截获的。通讯双方自从最初分发交换了光子之后就再也没有任何物质上的交换。信息几乎像是从与我们这个世界完全不同的维度传输过去一样(而且是瞬时)。科学在这里应该还有很多很根本的新发现需要做。
曲肱而枕
15 楼
Science, 16 JUNE 2017, VOL 356, ISSUE 6343 Cover story 这个是真的
我不是愤青01
16 楼
传送一个量子跟传送一个人完全是两回事,至少根据目前任何的理论,也看不到有瞬间传送人的可能。不要吸引眼球,哗众取宠
·
·八戒·
17 楼
这有些绕了,测量本身就会改变量子态了,你没测量之前,如何知道A和B是一对?你一测量,证实了它们是一对了,可它们的量子态就已经改变了呀,原来是一对也不再是一对了呀。就好比你想证明这一对男女是处男处女,怎么证明?呵呵,证明完了他们还是处男处女吗?
I
Iamoverseachinese
18 楼
曲肱而枕 发表评论于 2017-08-09 17:33:47 Science, 16 JUNE 2017, VOL 356, ISSUE 6343 Cover story 这个是真的 =========================== 谢谢,我刚才只查了8月和7月的,现在我也看到了。 Great.
我不是愤青01
19 楼
传送电子和光子的速度是每秒30万公里,但是我们都不会由此得出结论,我们能够被瞬间以30万公里的速度传送到月球。毕竟人永远不等于光子和电子。标题不要太吸引眼球,不要哗众取宠
t
taiwenhe
20 楼
祝贺!!! 这篇报道还是保守了,也许,是为了避免争论,说没有超越光速,其实,量子纠缠的隐形传态是超越光速的,但是,周边的发送和接受器材,由于接头的原因都是低于光速的,所以,才有隐形传态没有超越光速的说法。 时空阶梯理论,早就揭示,量子纠缠是通过形而上时空传递信息的,假如通过神时空,速度就是光速的10的12.次方倍,假如是通过虚时空,速度就是光速的10的18次方倍,假如是通过道时空,速度就是光速的10的19次方倍。无论哪一个时空,速度都是惊人的,都可以理解为瞬间传输。 时空阶梯理论揭示,宇宙的根源是气,也就是说,宇宙在茫茫气海中极化产生。极化就是产生形而下的粒子物质世界和形而上的非粒子世界,也就是暗能量世界。 过去的宗教信仰也是对的,上帝就是暗能量,其实道家的道,基督教的上帝,佛教的佛,伊斯兰教的真主都是形而上时空。 时空阶梯理论揭示,形而下时空分为,强力、电磁力、弱力和引力时空,对应的形而上时空是气,神,虚和道时空,而且形而上和形而下对立统一,没有对方就没有自己。
t
taiwenhe
21 楼
祝贺!!! 这篇报道还是保守了,也许,是为了避免争论,说没有超越光速,其实,量子纠缠的隐形传态是超越光速的,但是,周边的发送和接受器材,由于接头的原因都是低于光速的,所以,才有隐形传态没有超越光速的说法。 时空阶梯理论,早就揭示,量子纠缠是通过形而上时空传递信息的,假如通过神时空,速度就是光速的10的12.次方倍,假如是通过虚时空,速度就是光速的10的18次方倍,假如是通过道时空,速度就是光速的10的19次方倍。无论哪一个时空,速度都是惊人的,都可以理解为瞬间传输。 时空阶梯理论揭示,宇宙的根源是气,也就是说,宇宙在茫茫气海中极化产生。极化就是产生形而下的粒子物质世界和形而上的非粒子世界,也就是暗能量世界。 过去的宗教信仰也是对的,上帝就是暗能量,其实道家的道,基督教的上帝,佛教的佛,伊斯兰教的真主都是形而上时空。 时空阶梯理论揭示,形而下时空分为,强力、电磁力、弱力和引力时空,对应的形而上时空是气,神,虚和道时空,而且形而上和形而下对立统一,没有对方就没有自己。
k
keegod
22 楼
水都可以变成汽油,瞬间传送算个脾啊,天朝的新闻,你懂的。
深海水手
23 楼
关键是只通过观测B光子,能不能确定A光子已经被测量或操作过了?如果YES当然就是超光速通讯。如果NO,那就还是闲扯。
小小学徒
24 楼
这个就是危机边缘里边说的把人拆成分子再装回来么,
汉口鸟堂
25 楼
按照爱恩斯坦,你要是跟光速同速度的话,你就永生了。 你要是超越光速的话,爱恩斯坦的脑电波也跟不上了。你也许会越活越年轻,回到出生前的状态。
我可以发言吗
26 楼
NPR报道过。门外汉们就别指望明白它了。不过它的意义主要是信息的绝密传输,而不是实物的teleport.
r
rty
27 楼
Satellite-to-ground quantum key distribution, Sheng-Kai Liao, et al., Nature (2017) Published online Aug 09, 2017 Ground-to-Satelite quantum teleportation, Ji-Gang Ren, et al., Nature (2017) Published online Aug 09, 2017
C
Chaixiyao
28 楼
完全看不懂在说什么
一点小看法
29 楼
假设人的意识是以物质为基础的,那么宇宙间的物质只要以一定的方式组合就有可能产生意识,就会去观测和认识自己。有了意识,就有可能有意志,会主观的去改变自己的存在。这有可能发生在微观尺度,也有可能发生在巨大的宏观尺度上。
搞搞震冇帮衬
30 楼
国内科技大进步,美国还在讨论是否减少低技能、福利移民,左棍们没有迫切感吗?
二吐为快
31 楼
这文章和瞬间转送一毛钱关系都没有,主要是关于加密通信的,科普文章网上已经很多了。量子力学的局限不在于量子力学,而在于人的认识能力有限,中国有个成语就是说这个的,盲人摸象
小毛er
32 楼
希望不是作假的文章呀。
罗马军团
33 楼
taiwenhe 发表评论于 2017-08-09 17:40:52 祝贺!!! 这篇报道还是保守了,也许,是为了避免争论,说没有超越光速,其实,量子纠缠的隐形传态是超越光速的,但是,周边的发送和接受器材,由于接头的原因都是低于光速的,所以,才有隐形传态没有超越光速的说法。 -------------------------------------------- 你这是根本没有理解为什么说没有超越光速,和周边的什么发送接收器材完全没有任何关系。你可能觉得相对于卫星传送地面信号来说,这些地面发送接收处理要花的时间要长得多,所以总体来说还是无法和光速相比。但是如果是两个星系之间传输呢?光要跑几百上千年,接收发送这点处理时间,完全可以忽略。
s
shakuras2000
34 楼
好好的文章,就怕记者写科普
a
apple1998
35 楼
超过真空中的光速是意淫
媚眼凤姐
36 楼
走火入魔难以自拔。不造假等于自打脸皮。 "这就好比,你去北京出差,打开行李箱一看,只带了一只左手的手套。那么,你立刻就能知道,落在上海家中的另一只手套肯定是右手的"。此例信息量等于0,根本就谈不上信息传送。
大嘴八米
37 楼
骡马菌团!粪缸国说什么,你都别信。赵家粪缸国除了用鞭子抽你这骡马干苦力之外,什么都不会给你的。呵呵
1
136
38 楼
To: 三竹斋 发表评论于 2017-08-09 16:56:05 能不能把包子瞬間傳送到火星上去? 求求你啦 大科學家! 大嘴八米 发表评论于 2017-08-09 20:19:25 骡马菌团!粪缸国说什么,你都别信。赵家粪缸国除了用鞭子抽你这骡马干苦力之外,什么都不会给你的。呵呵 ------------------ 城管是不是要对这样的不说人话的无聊喷子们严加管控一下!!!
我不是愤青01
39 楼
大嘴八米 发表评论于 2017-08-09 20:19:25 骡马菌团!粪缸国说什么,你都别信。赵家粪缸国除了用鞭子抽你这骡马干苦力之外,什么都不会给你的。呵呵 --------------------- 这种人就是“在电脑上工作的人”,不知道想回国的时候能不能到中国大使馆办到签证,估计也不想回,所以也不用办中国签证
澳洲紅袋鼠90
40 楼
小声问一下,一个满身病毒的妓女,从一个房间传送到另一房间,是不是变成健康的处女?
三竹斋
41 楼
朝鮮科學家計劃下周把三胖“瞬间传送”到冥王星 邀請包子帝一同前往
三竹斋
42 楼
澳洲紅袋鼠90 发表评论于 2017-08-09 20:51:49 小声问一下,一个满身病毒的妓女,从一个房间传送到另一房间,是不是变成健康的处女? ———————————————— 讓我大聲地告訴你: 能變成聖母瑪麗亞!
媚眼凤姐
43 楼
这是当代新郎最疑惑的问题
蓝山雀
44 楼
既然是单个光子(两个状态)的实验,就不能用激光实验来忽悠民众. 单个光子的实验至今没实现.有些理论无法实现,比如粒子物理的弦理论,大爆炸,黑洞理论. 物理的前提条件非常严格.篡改了前提的概念做出来的东西,自欺欺人而已. 魔都的"发明",不看也罢.
z
zzbb-bzbz
45 楼
这才是真正的宇宙速度,比光速快的多,对于星球小尺度范围内传输,可以算瞬间了
h
hugh.williams
46 楼
韩春雨论文撤了,丢死人了。
纽约市委书记
47 楼
忽悠 接着忽悠