當一個(ge) 人進入一間屋子，一按電鈕，屋子空了。同時，這個(ge) 人出現在了遠在幾百光年外的另一間屋子，科幻電影中經常出現的“超時空穿越”讓人們(men) 大開眼界。這種幻想是否能夠實現呢？ 

　　如果大家看過《星際迷航》，相信您對電影中的人體(ti) 瞬間轉移一定不陌生。電影裏，“企業(ye) 號”飛船上的成員們(men) 在一台科技裝置中，身體(ti) 忽然一閃，便消失得無影無蹤，之後他會(hui) 出現在任何一處希望抵達的地點，甚至是外星球。電影讓長距離移動看起來似乎輕而易舉(ju) 。雖然這些能力是虛構出來的，但自從(cong) 科研人員研究發現“量子遠距傳(chuan) 輸”技術後，或許實現“瞬時移動”不再那麽(me) 遙不可及。 

　　量子遠距離傳(chuan) 輸並不僅(jin) 僅(jin) 是科幻小說裏麵的故事，它是真實的，並且已經存在了。或者至少，量子的隱形傳(chuan) 輸已經成為(wei) 了可能。 

　　“量子遠距傳(chuan) 輸”簡單來說，就是量子態從(cong) 一個(ge) 地方到另一個(ge) 地方的傳(chuan) 輸。 

　　傳(chuan) 輸的量子態如同科幻小說中描繪的“超時空穿越”，在一個(ge) 地方神秘消失，不需要任何載體(ti) 的攜帶，又在另一個(ge) 地方瞬間神秘出現。 

　　2010年6月1日，在英國《自然光子學》期刊上發表的中國科技大學潘建偉(wei) 團隊最新研究成果，引起了國際學術界的廣泛關(guan) 注。在取得了一係列關(guan) 鍵技術突破後，我國已成功實現16公裏距離的量子態隱形傳(chuan) 輸，這比原世界紀錄提高了20多倍。通俗的來說，就是一個(ge) 量子態在一個(ge) 地方消失，又在另一個(ge) 地方出現，兩(liang) 個(ge) 地方的距離已經達到16公裏。 

　　這個(ge) 實驗，由中國科技大學與(yu) 清華大學組成的聯合小組完成，實驗中一個(ge) 量子態在八達嶺消失後，沒有經過任何載體(ti) ，就瞬間出現在了16公裏以外。這是量子態遠距離傳(chuan) 輸的一個(ge) 重大飛躍。 

　　那麽(me) ，信息的瞬間傳(chuan) 遞能不能發展到實物的瞬間傳(chuan) 遞？甚至發展到生命體(ti) 的瞬間傳(chuan) 遞呢？ 

　　或許我們(men) 真的很想把這項技術稱為(wei) 瞬間移動，但它還不能算，至少現在還不能算。我們(men) 可以把量子態理解為(wei) 一種信息量，但它並不是實體(ti) 。其實，量子隱形傳(chuan) 輸與(yu) 科幻電影《星際迷航》及其他科幻小說中描述的“瞬間移動”，還是有很大差距的。 

　　科幻電影中的“瞬間移動”通常是分解一個(ge) 物質對象，通過空間傳(chuan) 輸分子物質，然後再另一個(ge) 遙遠的地方立即且完美地重組這個(ge) 物質實體(ti) 。而量子隱形傳(chuan) 輸，不分解和重組任何對象，不涉及任何物質的移動。 

　　另外，這項技術隻運用於(yu) 單一量子粒子層麵，例如，光子、電子、原子等。量子隱形傳(chuan) 輸與(yu) 真正的物質瞬間移動雖然差的還很遠，不過，卻有一種微妙的魔力。量子隱形傳(chuan) 輸能夠立即將一個(ge) 粒子的量子態傳(chuan) 輸到任意一個(ge) 未知的位置，卻不傳(chuan) 送粒子本身。作為(wei) 未來量子通信網絡的核心要素，量子態隱形傳(chuan) 輸是一種全新的通信方式，它傳(chuan) 輸的不再是經典信息，而是量子態攜帶的量子信息。 

　　聽起來，這確實是一個(ge) 難以令人理解的研究領域。想要弄清楚其中的奧秘，還得從(cong) 量子說起。 

　　量子是不可分的最小能量單位，“光量子”就是光的最小單位。 

　　在奇特的量子世界裏，量子存在一種奇妙的“糾纏”運動狀態。物理學家愛因斯坦用“鬼魅般的超距作用”來形容“量子糾纏”。 

　　在量子物理的世界中，兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上處於(yu) 糾纏態的粒子，無論相隔多遠，都能“感知”和影響對方的狀態。 

　　中科大量子信息實驗室彭承誌教授，把一對糾纏狀態下的光子比作有著“心電感應”的兩(liang) 個(ge) 粒子。再用個(ge) 更貼切的比喻，糾纏光子就好像一對“心有靈犀”的骰子，甲乙兩(liang) 人身處兩(liang) 地，分別各拿其中一個(ge) 骰子，甲隨意擲一下骰子是5點，與(yu) 此同時，乙手中的骰子會(hui) 自動翻轉到5點。當甲剛剛擲出了5點，乙即便不用攤開手掌，也可以知道自己手邊這個(ge) “心電感應”的骰子也成了5點。這一切源於(yu) 量子的“糾纏”運動狀態。彭承誌教授介紹說：“在經典狀態下，一個(ge) 個(ge) 獨立的光子各自攜帶信息，通過發送和接收裝置進行信息傳(chuan) 遞。但是在量子狀態下，兩(liang) 個(ge) 糾纏的光子互為(wei) 一組，互相關(guan) 聯，並且可以在一個(ge) 地方神秘消失，不需要任何載體(ti) 的攜帶，又在另一個(ge) 地方瞬間神秘出現。量子態隱形傳(chuan) 輸利用的就是量子的這種特性，我們(men) 首先把一對攜帶著信息的糾纏光子進行拆分，把其中一個(ge) 光子發送到特定位置，這時，兩(liang) 地之間隻需要知道其中一個(ge) 光子的即時狀態，就能準確推測另外一個(ge) 光子的狀態，從(cong) 而實現類似‘超時空穿越’的通信方式。” 

　　在量子糾纏理論中，兩(liang) 個(ge) 相互糾纏的量子對，即使一個(ge) 在地球一個(ge) 在月球，隻要你觀測到了其中一個(ge) 量子的狀態，另一個(ge) 量子也會(hui) 瞬間產(chan) 生相同的改變。利用這種“鬼魅般的超距作用”，量子通信就可以把另一個(ge) 粒子的未知量子態，傳(chuan) 送到遙遠的地點，而不用傳(chuan) 送這個(ge) 粒子本身。 

　　這聽起來就像一場魔術表演。很顯然，前麵的舉(ju) 例中，甲和乙之間傳(chuan) 送的隻是類似“轉成5點”之類的信息，而不是實物。一位參加這項研究的科學家說道：“我們(men) 對世界的了解仍然不夠透徹。很多人都認為(wei) ，這個(ge) 實驗的成功代表著超時空穿越可能實現。但是，現在還不知道應該如何通過隱形傳(chuan) 輸的方式傳(chuan) 送實物，更不用說生命體(ti) 了。不過，這項實驗意義(yi) 重大，科技發展的速度有多快誰能知道呢？就好像打算盤時的人們(men) 永遠想不到，在不久的將來，人類發明出了每秒運行幾千億(yi) 次的電子計算機。” 

　　我國科學家創造的這段16公裏的量子態旅程，刷新了當時新的世界紀錄。這一切源於(yu) 研究者對量子通信信道從(cong) 光纖信道到自由空間信道的改變。下麵，我們(men) 來聽聽這段量子態旅程的研究過程。 

　　早在2004年，中科大潘建偉(wei) 、彭承誌等研究人員，就開始探索在自由空間實現更遠距離的量子通信。在自由空間裏，環境對光量子態的幹擾效應極小，而光子一旦穿透大氣層進入外層空間，其損耗更是接近於(yu) 零，這使得自由空間信道比光纖信道在遠距離傳(chuan) 輸方麵更有優(you) 勢。 

　　2005年，研究小組在合肥創造了13公裏的自由空間雙向量子糾纏分發的世界紀錄，同時驗證了在外層空間與(yu) 地球之間分發糾纏光子的可行性。然後，從(cong) 2007年開始，中科大—清華大學聯合研究小組在北京八達嶺與(yu) 河北懷來之間架設了長達16公裏的自由空間量子信道，最終在2009年成功實現了世界上最遠距離的量子態隱形傳(chuan) 輸，證實了量子態隱形傳(chuan) 輸穿越大氣層的可行性。 

　　事實上，除了遠距離傳(chuan) 輸實驗之外，在2012年的8月份，潘建偉(wei) 等人在國際上首次成功實現百公裏量級的自由空間量子隱形傳(chuan) 態和糾纏分發，為(wei) 發射全球首顆“量子通訊衛星”提供了技術支持。潘建偉(wei) 教授介紹說：“在高損耗的地麵成功傳(chuan) 輸100公裏，意味著在低損耗的太空傳(chuan) 輸距離將能達到1000公裏以上，基本上解決(jue) 了量子通訊衛星的遠距離信息傳(chuan) 輸問題。” 

　　到了2015年，潘建偉(wei) 教授與(yu) 同事組成研究小組，在國際上首次成功實現多自由度量子體(ti) 係的隱形傳(chuan) 態。這是自1997年國際上首次實現單一自由度量子隱形傳(chuan) 態以來，量子信息實驗研究領域取得的又一重大突破，這為(wei) 發展可擴展的量子計算和量子網絡技術做好了充分準備。 

　　2016年，潘建偉(wei) 團隊自主研製的，世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，在酒泉衛星發射中心成功發射，這也標誌著世界首次實現了衛星和地麵之間的量子通信，意味著我國量子保密通信技術取得了重大進展。 

　　這麽(me) 多年來，我國在科學技術上的快速發展是世界有目共睹的。今天，我們(men) 在量子傳(chuan) 輸研究領域獲得的世界領先技術成果，離不開眾(zhong) 多默默耕耘的科研工作者，我們(men) 應該向他們(men) 致敬，為(wei) 祖國自豪。 



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