【创作培育计划】量子纠缠能实现瞬移？是科学，还是谣言？

作者：吴兴川

说起瞬间移动，欧美科幻爱好者脑海里，会浮现出《星际迷航》中的光波传送系统，而和我一样看《七龙珠》长大的小伙伴们，一定会想起孙悟空那个，把手指往头上一放，瞬间移动到遥远宇宙角落的经典画面。

第一次看七龙珠或者星际迷航的时候，相信很多年纪尚幼的小伙伴都曾经有过这个念头：我要是也能这么瞬间移动，那该有多好！

那么问题来了。

瞬间移动，仅仅是科幻吗？

某种程度上，瞬间转移是有科学依据的。前提是，瞬间转移的速度不能超过光速。

科学上已经实现的瞬间移动技术，我们称为量子隐形传态。

量子隐形传态指的是利用“量子纠缠”技术，借助卫星网络、光纤网络等经典信道，传输量子态携带的量子信息。

先解释一下，什么是量子纠缠。

1935年，爱因斯坦、罗森和鲍里斯·波多尔斯基合作撰写了一篇论文。因为这篇论文，三位作者被合称为EPR。在这篇著名的论文中，EPR提出，量子力学允许相距遥远的物体之间存在某种奇特的关联，即纠缠。

比如，在实验室中制造出一对电子，它们的总角动量为零。什么意思呢？就是说，一个电子的自旋和另外一个电子的自旋方向平行，但完全相反。

那么，无论我把这对电子放在多远的距离，它们的总自旋，总是等于零。

也就是说，如果你观测其中一个电子，发现它的是自旋向上的，那么，另外一边的电子，一定是自旋向下的。

而且，其中任意电子的状态是随机分布的，每次观察时，有时候自旋向上，有时候自旋向下，但无论你观察时它处于什么状态，另外一个电子的自旋总是和它相反。

我们把这对具有不受距离限制关联的电子的状态，称为量子纠缠。

爱因斯坦把这个不可思议的纠缠，叫做幽灵般的超距作用。

虽然理论上感觉不可思议，但量子纠缠的真实性，是切切实实被实验验证了的。它可以存在于电子之间，也可以存在于光子或其他粒子之间。

2017年6月16日，量子科学实验卫星墨子号首先成功实现，两个处于纠缠态的光子被分别发送到相距超过1200公里的距离后，仍可继续保持其量子纠缠的状态。

那量子纠缠是怎么样和量子瞬移联系起来的呢？

因为量子纠缠是非定域的，两个纠缠态的粒子无论相距多远，测量其中一个的状态必然能同时获得到另一个粒子的状态，所以科学家自然而然地就会想到，是不是能利用量子之间这种跨越空间的纠缠态，用来进行信息传输，甚至用来传输实体呢？

然后，科学家开始致力于对量子传输，也就是量子隐形传态的研究和验证。

1997年，奥地利蔡林格科学小组成功地把一个光子的任意偏振态，完整地传输到另一个光子上，这是科学家首次完成了量子隐形传态的原理性实验验证。

值得一提的是，我国在量子领域的研究处于世界先进水平，2017年，潘建伟团队利用墨子号卫星首次实现了从地面到卫星的量子隐形传态。

说的这里，肯定会有小伙伴说，哇好厉害，那是不是说，未来的某一天，我们也可以像孙悟空，嗖地一下，就瞬间移动了呢？

目前来说，几乎不可能。

这项技术之所以叫做量子隐形传态，是因为这项技术传送的，并不是实体，而是信息，而且是量子之间的信息。

怎么解释呢？

比方说，我们把两个处于纠缠态的量子分别放在距离较远的两个地方，然后通过量子传输的方式，让量子C和量子A作用，把量子C的状态从量子A的位置传输给量子B，使得遥远的量子B，呈现出量子C的状态。

有人说，那实体不也是由量子构成的吗？比如人体，只要把构成人体的所有量子的状态信息，传输给另外一个地方，不就可以实现瞬间移动了吗？

从理论上来说，这种可能性确实存在，但实际操作则难度极大。

首先，如前所述，量子隐态传输传送的是信息，而构成人体的量子，从数量上来说是极其巨大的，其承载的信息之丰富，更是难以想象，要传输如此庞大的信息量，几乎不可能实现。

其次，只有已经处于纠缠态的两个量子，才能进行隐形传态，如果你想实现瞬间移动，就需要在目标区域，预先设置好和你本人的量子处于纠缠态的量子，然后进行信息传输，而不是理想中的，想到哪儿就到哪儿。

最后一点，瞬间移动，其实并不是真的瞬间。

在刘慈欣经典著作《三体》里，有这样一个情节，三体星的科学家，把两颗处于纠缠态的质子分别放置于三体星和地球，而这两颗质子可以瞬间进行通信。

从科学上说，这个设定违背了爱因斯坦的光速不变原理。

怎么理解呢？

虽然两个纠缠的粒子能够在无论多远的距离同时表现出“纠缠中”的状态，但仅靠量子纠缠是无法完成信息传输的。

为了传递信息，依然需要借助经典通信的信道，而经典信道无法超越光速，从而使得量子纠缠传递信息不能超越光速。

通过这张图，我们可以比较直观地了解纠缠的粒子是如何借助经典信道传递信息的。

量子隐形传态示意图

所以，处于纠缠状态的一对粒子可以建立一个量子信道，但如果这对纠缠的粒子之间要彼此传递信息，则需要低于光速的经典信道辅助传递信息，才能还原出真实的量子态，也就是说，量子隐态传输的速度，最快也就是光速，而不是瞬间完成。

不得不说，量子力学这门科学，近些年被某些人过度地神秘化甚至玄幻化，仿佛量子力学已经无所不能，其实并不是这样的，虽然量子物理相比经典物理具有很大的颠覆性，但同样是有其所遵循的严格物理规律。

所谓的玄学、神秘学，只会让世界越来越模糊，而科学，则会让世界变得越来越清晰。

注：本文特别感谢量子物理专家张文卓老师的专业指导。

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