量子隐形传态

时间:2024-12-12 11:11:43编辑:阿奇

如果“量子传输”一个人,那转移的到底是肉体还是灵魂?

事实上,量子隐形传态传送的是一个粒子的量子态,它利用量子纠缠将粒子的未知量子态精确传送到遥远的地方,而不用传送粒子本身。什么是量子纠缠呢?打个比方,我们假设有一对双胞胎兄弟——小赛和小墨,如果你问他们同样的问题,他们会各自随机地给出一个答案,不过他们总是给出同样的答案。比如你问小墨:“草是什么颜色的?”他可能说:“黑色的。”当你问小赛同样的问题时,也会得到同样的答案。他们的行为和一对纠缠粒子的表现是类似的。一对处于纠缠态的光子总是“心有灵犀”。利用这种神奇的性质,我们就可以实现量子隐形传态。为此,我们需要三个光子:一个最初的光子A,一对纠缠光子B和C。我们要做一次测量,但不是对A或者B进行测量,而是把它们输入到一个测量装置里,测量它们之间的关系,然后我们就能得到两个比特的信息。一旦得到这个信息,A、B两个光子就被破坏了。我们将两比特的信息传给另一个光子C——这个光子从来没有接近过A,然后对光子C进行某些操作,就能得到一个精确的拷贝,让C处于不再存在的光子A的状态。整个过程中,我们其实没有做拷贝。因为我们摧毁了最初的光子,所以从来没有多于一个拷贝存在过。我们只是制备了另一个光子,让它和原来的光子A有一样的状态,同时破坏最初的光子。而且我们并没有以超光速传送A的状态,因为经典信息不可能以超过光速的速度传输。

量子隐形传态,实现安全地传送量子信息

横滨国立大学研究人员实现在钻石内安全地传送量子信息,这项研究对量子信息技术(共享和存储敏感信息的未来)具有重大意义。其研究成果于2019年6月28日发表在《通信物理学》上。横滨国立大学工程学教授、该研究作者小坂秀夫(Hideo Kosaka)说:量子隐形传态允许把量子信息转移到一个原本无法进入的空间,它还允许将信息传输到量子内存中,而不会泄露或破坏存储的量子信息。



在这种情况下,不可接近的空间由钻石中的碳原子组成,钻石由相互连接的碳原子组成,但又各自含有碳原子,它拥有量子隐形传态的完美条件。一个碳原子的原子核里有6个质子和6个中子,周围有6个自旋电子。当原子结合成金刚石时,它们形成了一个非常坚固的晶格。然而,钻石也有复杂的缺陷,比如氮原子存在于碳原子应该存在的两个相邻空位中的一个,这种缺陷称为氮空位中心,在碳原子的包围下,氮原子的核结构产生了小纳米磁珠。



为了操纵氮空位中的电子和碳同位素,研究团队在钻石表面绑上了一根大约四分之一人类头发宽度的电线。将微波和无线电波应用到金属丝上,在钻石周围形成一个振荡磁场。塑造了微波,为钻石内部量子信息的传输创造了最佳、可控的条件。接着用氮纳米磁铁固定了一个电子,利用微波和无线电波,迫使电子自旋与碳核自旋纠缠在一起——电子和碳原子原子核的角动量。电子自旋在纳米磁珠产生的磁场中分解,使其易于纠缠。



一旦这两部分纠缠在一起,也就是说它们的物理特性纠缠在一起,无法单独描述,就会引入一个包含量子信息的光子,电子就会吸收光子。这种吸收允许光子的偏振态被转移到碳中,而碳是由纠缠电子介导的,这表明了信息在量子水平上的隐形传输。光子存储在另一个节点的成功,建立了两个相邻节点之间的纠缠。这一过程被称为量子中继器,它可以在量子场中从一个节点接收到另一个节点的单个信息块。最终目标是实现可伸缩的量子中继器,用于长距离量子通信,分布式量子计算机用于大规模量子计算和计量。


人的灵魂会转移吗?

如果要我选最想拥有的一种超能力,瞬间移动一定排在第一位。在科幻电影里面,也有很多瞬移的场面,主人公无非利用超能力,或者是科学技术完成瞬移,将它搬到现实中讨论,瞬间移动有实现的可能性吗?我们可以借由电影中使用的量子纠缠技术来讨论其合理性。比方说一个人想从甲方移动到乙方,他需要一个特定的容器,人进入到这个容器中,输入自己想去的地方,容器中的扫描仪将对人体进行扫描,将扫描出的信息利用量子纠缠技术瞬传到乙方,乙方根据收到的信息,提取重组并形成一个一模一样的人。量子纠缠可以简单理解为两个粒子相聚再远也难舍难分,无论一个粒子被移去多远的地方都会影响另一个粒子的状态,就是利用这点所以认为一个人的信息可以瞬间转移复制。但是问题是,能容纳一个人的所有信息量的容器存在吗?此前科学家曾表示,即使是块巴掌大的石头,其中所蕴含的量子的信息量即使用可观测宇宙中一切物质作为容器也无法容纳,那人的量子信息量就更大了,一个量子纠缠容器装得下吗?而且,量子纠缠传输的是人的躯体还是包含了意识、记忆,甚至宗教意义上所说的灵魂,如果只传输过去一副躯壳,没有记忆和灵魂,那也失去了瞬移的意义。

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