量子隱形傳態(tài)

1、量子隱形傳態(tài)1何謂量子隱形傳態(tài)在科幻電影或神話小說(shuō)中，常常出現(xiàn)這樣的場(chǎng)面:一個(gè)神秘人物在某個(gè)地方突然消失掉，其后卻在別的地方莫明其妙地顯現(xiàn)出來(lái)遠(yuǎn)距隱形傳物(tdeportation)的概念即來(lái)源于此人們可以將這種隱形傳物的過(guò)程想像成為如下圖像:有股神奇的力量將被傳送的人或物瞬間地離解掉，被離解的各種基本單元(如原子)彌散于大自然中，于是這個(gè)人或物便在人們面前消失掉，隨后在另一個(gè)地方則發(fā)生相反的過(guò)程，自然界中相關(guān)的原子在這股神奇力量作用下匯集起來(lái)并構(gòu)造成與原來(lái)一模一樣的人或物更接近于物理規(guī)律的一種想法是:先提取原物的所有信息，并將這些信息傳送到接收地點(diǎn)，然后依據(jù)這些信息，選取與構(gòu)成原物完全相同的

2、基本單元(如原子)，制造出原物的完美的復(fù)制品遺憾的是，這種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距隱形傳物的方法是違背量子力學(xué)的不確定關(guān)系的不確定關(guān)系認(rèn)為，不可能對(duì)一個(gè)物體(量子體系)的所有物理量都進(jìn)行精確測(cè)量，因而提取一個(gè)物體的所有信息是不可能的當(dāng)然，人們還可以提出另一種不必對(duì)物體進(jìn)行力學(xué)量測(cè)量的可能方案按照量子力學(xué)的理論，物體的全部信息可由其量子態(tài)給出，換句話說(shuō)，只要我們能精確地復(fù)制物體的量子態(tài)，并使遠(yuǎn)處相同類型的原子集合處于與原物完全相同的量子態(tài)上，則這種隱形傳物也就成為現(xiàn)實(shí)可惜的是，完全精確地復(fù)制量子態(tài)是不可能的，它違背了量子力學(xué)的一條基本定理，即量子不可克隆定理1，也就是說(shuō)，通用的量子復(fù)制機(jī)是不存在的因此，隱形傳物

3、只不過(guò)是種幻想而已當(dāng)然還必須指出，隱形傳物與醫(yī)學(xué)上廣泛采用的CT技術(shù)以及通訊中的傳真技術(shù)是不同的CT技術(shù)恢復(fù)出的圖像僅僅是視覺(jué)效應(yīng)，而不是被傳送后的物，傳真的圖像在量子力學(xué)的層次上看，由于不確定原理的限制，它不可能與原來(lái)的圖像一模一樣1993年，Bennett等4個(gè)國(guó)家的6位科學(xué)家聯(lián)合在PhysRevLett)上發(fā)表了一篇題為“經(jīng)由經(jīng)典和EPR通道傳送未知量子態(tài)，的開(kāi)創(chuàng)性文章2，重新點(diǎn)燃人們研究隱形傳物的興趣，并引發(fā)一系列富有成果的研究Bennett等人提出的是一種量子隱形傳態(tài)(quantumtdeportation)的方案，其基本思想是:為實(shí)現(xiàn)傳送某個(gè)物體的未知量子態(tài)，可將原物的信息分成經(jīng)典

4、信息和量子信息兩個(gè)部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典信道和量子信道傳送給接收者經(jīng)典信息是發(fā)送者對(duì)原物進(jìn)行某種測(cè)量而獲得的，量子信息是發(fā)送者在測(cè)量中未提取的其余信息接受者在獲得這兩種信息之后，就可以制造出原物的完美的復(fù)制品在這個(gè)過(guò)程中，原物并未被傳給接受者，它始終留在發(fā)送者處，被傳送的僅僅是原物的量子態(tài)，發(fā)送者甚至可以對(duì)這個(gè)量子態(tài)一無(wú)所知，而接受者是將別的物質(zhì)單元(如粒子)變換成為處于與原物完全相同的量子態(tài)，原物的量子態(tài)在發(fā)送者進(jìn)行測(cè)量及提取經(jīng)典信息時(shí)已遭破壞因此，這是一種量子態(tài)的隱形傳送，最終恢復(fù)原物量子態(tài)的粒子也可以不必與原物同類，只要它們滿足相同的量子代數(shù)即可由于經(jīng)典信息對(duì)量子態(tài)的隱形傳送是必不可少的

5、(否則將違背量子不可克隆定理)，而經(jīng)典信息傳遞速度不可能快于光速，因此，量子隱形傳態(tài)也不會(huì)違背相對(duì)論的光速最大原理著名的EPR(Einstein一Podolsky-Rosen)效應(yīng)和Bell基就可以描述量子隱形傳態(tài)的基本原理實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展1997年12月，奧地利學(xué)者(其中第二作者是中國(guó)科技大學(xué)畢業(yè)生)在國(guó)際著名刊物自然上報(bào)道了世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果15，此事轟動(dòng)了學(xué)術(shù)界和歐美的新聞界緊接著，意大利學(xué)者于1998年初在PhysRevLett上也報(bào)道了另一個(gè)成功的量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果161998年底，美國(guó)兩個(gè)研究小組又分別成功地采用不同的方案，在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量子隱形傳態(tài)。結(jié)語(yǔ)量子隱形傳態(tài)應(yīng)用了量子特性來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳送和處理，其信息容量大，可靠性高。這種方法能完成純經(jīng)典方法或純量子方法所無(wú)法做到的量子態(tài)傳送。當(dāng)然，載可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，人們不可能采用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)科幻小說(shuō)中的那種宏觀物體得以隱形傳送。然而，量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)成功更激發(fā)起人們的研究熱情，它將在量子計(jì)算和量子通訊等方面獲得重要的應(yīng)用。當(dāng)然，諸如熱庫(kù)引起的EPR對(duì)的消糾纏等問(wèn)題