量子“隔空传物”取得开拓性的成功,与平时所见的物体有何区别?

隔空传物?听到这个词语,我们可能会首先想到,像很多电影或小说中描述的,一个人可以凭借某种神奇的力量,而不需其他外力,把距离自己很远的物件瞬间吸过来!它像一种巫术,按照现在的科学理论,似乎无法解释,只能是我们一种美好的梦想了。但是,这并不妨碍科学家在隔空传物路上继续探索。日前,这一理论取得开拓性的成功,一个来自马里兰大学帕克学院的科研小组成功完成了一次量子级别上的远距离传输实验。

美国马里兰大学帕克学院物体学研究生奥姆施因克近日完成了一个量子传输的实验,第一次在宏观距离上完成了物质粒子的传输,成功地实现了从一个原子到1米外的一个容器里的另一个原子的量子隐形传输。在实验中,镱离子的所有信息从一台传输机传输到另一台传输机,跨越了1米的距离。

“这是第一次,科学家们成功地令全部信息在分隔1米以外、毫无连接的两个独立粒子间,实现精确的传输——当全世界都在对实际量子信息的传输进行研究的时候,这项实验有着重要的、里程碑式的意义。”马里兰大学物理学院介绍这项实验成果时说。

在物理学理论中,传输又称“隐形传输”,它并不简单表示物质从一处转移到另一处,而是特指量子信息直接从一个微粒跳跃到另一个微粒上的过程,中间无须跨越任何空间。

那么何谓量子?它与我们平时所见到的物体有什么区别?为什么隔空传物还只能在量子间实现?

在微观领域中,某些物理量的变化是以最小的单位跳跃式进行,而不是连续的,这个最小的单位叫做量子。在物理学中常用到量子的概念,量子是一个不可分割的基本个体。例如,一个“光的量子”是光的单位。而量子力学、量子光学等等更成为不同的专业研究领域。其基本概念是所有的有形性质也许是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值会是一些特定的数值,而不是任意值。

虽然实验中镱离子跨越的距离只有1米,但这却是物质微粒在传输过程中所跨越的第一段宏观距离。在此之前,远距离传输分两种,第一种是光子的传输,另一种是物质粒子在几个微米的距离间实现的传输。

光子是最先被发现能够实现瞬间传输的粒子。1997年,奥地利研究小组首次在实验中实现了光子间的量子传输,这种传输可以通过任意远的距离。因为光子没有质量,所以它的传输很容易实现,但这却造成它不能像物质粒子那样保存记忆的缺陷,所以仅凭光子传输,并不能产生实际应用上的空间。

2004年,第一个实物粒子之间的量子传输在相隔几个微米的离子间实现了,但是几微米的距离,在宏观状态下几乎可以忽略不计。最终,这一物理系统仅仅用于实现类似集成电路中的基本组件上,而且实验的原理也很难延伸,发展成宏观距离上的量子传输。

物质的远距离传输,应用的是微粒纠缠态的特质。量子物理学认为,如果通过某种方式产生出来一对电子,那么这对电子具有纠缠态的特征:无论将这两个电子分开多远,只要其中一个电子发生改变,另外一个就会发生相应改变,改变的精确度几乎完全一致,所以,当我们测定其中一个电子的信息时,另外一个电子的信息也就全得到了。

在奥姆施因克之前,光子可以长距离传输,但没有储存能力;物质粒子可以储存信息,但是只能逾越几微米。奥姆施因克最成功的地方在于,他们发现了第三条路,他们结合了前两种技术的优势,利用了一种所谓的“纠缠交换”的技术,把一个具体的传送扩展成一系列量子隐形传态过程,所以非常灵活。

他们在实验中做了两次“纠缠”,除了两个镱离子互相对应,他们还分别将其与一对相互纠缠的光子“纠缠”起来,当信息发生远距离传递的时候,镱离子的信息也就通过光子完成了传递。

但是,这样的传输也只有在量子状态下才能进行。到目前,这项实验还只可以看做是科幻小说中“隔空传物”的第一步,距离我们想象的还有很远的距离。这一实验的意义在于,它拓展了一种信息传输方式,其目前的前景主要是在通讯技术和计算机技术领域方面。

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