传送是可能的,它只是依赖规模

通过|2020年6月30日

利用量子力学的原理,科学家们一次做一个实验,就能解锁令人难以置信的计算能力、数据存储、传输和加密。

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想象一下,你可以从一个地方消失,然后在另一个地方以完全相同的状态再次出现。你可以去巴黎最喜欢的面包店吃早餐,在泰国的海滩上度过一个下午,还有——为什么要把自己放在地球上呢?-在回家吃饭之前,把自己照到月亮上去。瞬间移动的概念在科幻小说中非常流行,《星际迷航》(Star Trek)中的“传送我,斯科特”(Beam me up, Scotty)这句名言立刻浮现在脑海中。

虽然看似无法实现的,但根据物理法实际上并不是不可能......它只是取决于规模。

亚原子粒子的奇异性质

1993年,一个由6位国际科学家组成的小组讨论了在亚原子水平上瞬间移动是可能的并证明了单一光子,相干光场,核旋转和捕获的离子等系统的运输。虽然可能对狂热的旅行者令人失望,但是量子传送不能适用于物质,但在运输信息和创建量子计算机时可能是革命性的;也许 - 根据一些专家 - 甚至导致量子互联网,其中克服了当前网络的限制,并通过改进的隐私,安全和计算能力来克服。

在此之前,科学家认为,即使在亚非原理中违反了超级规模,也不可能是不可能的完美传送。在简单的术语中,该原理指出,测量或观察到更准确的物体,通过测量它的过程越多。这意味着制作完美的复制品是不可能的,因为我们无法准确测量原件而不改变其量子状态。

但在1993年,科学家团队以涉及爱因斯坦-Podolsky-Rosen(EPR)效应的量子力学的矛盾特征的形式找到了一种方式。首先在1935年由爱因斯坦和博士后研究人员提出,EPR背后的思想实验描述了一种称为“量子缠结”的现象,其中两个或更多个缠绕物体的量子状态,例如一对光子,即使在大距离分开时也具有相同的状态。改变其中一个对象的状态同时改变其他状态的状态,即使它们没有物理连接也是如此。这种现象是由爱因斯坦被称为“偏离幽灵动作”的着名。

量子纠缠的作用

科学家们只开始了解纠缠的谜团以及它如何使量子传送成为可能。简而言之,人们可以“扫描”一个对象传送,并补充关于该对象的缺失的信息(由于不确定性原则而产生的),使用来自一对纠缠伙伴的信息。该过程将涉及三种颗粒,其中一个颗粒将一个颗粒“传送”其状态到两个远处缠结颗粒。科学家们在某种意义上称这种传送调用了具有特定属性集的粒子在一个位置消失,一个具有完全相同的属性的粒子出现在其他地方。

纠缠提供了发送信息量子位的方法-二进制位的量子版本;一种基本的信息单位-没有任何身体接触。单个原子或粒子可以取代晶体管,极大地扩展我们的计算能力和能力。与二进制计算机以1和0表示的基本信息单位运行相反,量子位可以通过叠加原理以“1”或“0”的形式同时存在。这个简单的属性允许量子计算机存储更大数量的数据,并通过同时探索多条路径并选择最有效的路径,快速推理复杂的问题或计算任务。

这将与纠缠和称为无克隆定理的原则相结合,这禁止禁止未知量子状​​态的相同复制,将永远且完全改变我们存储,传输和加密数据的方式。虽然我们仍然是一种远离实现真正的量子年龄的方式,但研究人员正在制作一些令人印象深刻的进步并让我们更接近一个实验。

在“真实”世界中的纠缠

也许最令人难忘的2017年,当中国研究人员将信息传送到轨道米饭卫星和后退时,展示“第一个独立单光子距离从地面观测站到低地球轨道卫星的Quantum传送到一个低地球轨道轨道......距离可达1400公里“。

在此之前,瞬间移动实验只在距离限制在100公里左右的地点之间进行过。然而,为了实现全球规模的量子互联网,该团队提议利用“天基链路”来连接地球上的两个遥远点,这将减少他们所谓的“信道损耗”(本质上是信号损耗),因为大部分光子的传播路径都是在空空间中。该团队还展示了他们在数据传输能力方面的进步更远的距离和更好的加密

最近,研究人员通过制造电子来扩展电子纠缠来自个体电子的QUBITS。与使用光子相比,这一点尤其挑战 - 这自然传播在大距离上 - 因为电子被限制在空间中。这些类型的研究铺平了探讨物质的所有旋转状态的量子传送。

所有这些都是研究人员所称的“第二次量子革命”的一部分,这是继20世纪海森堡(Heisenberg)、Schrödinger和爱因斯坦等关键人物首次发现量子世界及其看似怪异的原理之后的又一次革命。

看到从婴儿期开发的这个领域很令人兴奋。类似于我们在20世纪50年代揭幕的第一台房型计算机上嘲笑的方式,我们可能有一天以同样的方式查看我们当前的二元计算机。虽然我们仍然从这个新世界仍然是Quantum Mechanics的弯曲原则,但我们正处于解锁令人难以置信的新功能,这些功能将提供无穷无尽的可能性。