爲什麼隔空傳物還只能在量子間實現?

在微觀領域中,某些物理量的變化是以最小的單位跳躍式進行,而不是連續的,這個最小的單位叫做量子。在物理學中常用到量子的概念,量子是一個不可分割的基本個體。例如,一個“光的量子”是光的單位。而量子力學、量子光學等等更成為不同的專業研究領域。其基本概念是所有的有形性質也許是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值會是一些特定的數值,而不是任意值。

為什麼隔空傳物還只能在量子間實現?

雖然實驗中鐿離子跨越的距離只有1米,但這卻是物質微粒在傳輸過程中所跨越的第一段宏觀距離。在此之前,遠距離傳輸分兩種,第一種是光子的傳輸,另一種是物質粒子在幾個微米的距離間實現的傳輸。

光子是最先被發現能夠實現瞬間傳輸的粒子。1997年,奧地利研究小組首次在實驗中實現了光子間的量子傳輸,這種傳輸可以通過任意遠的距離。因為光子沒有質量,所以它的傳輸很容易實現,但這卻造成它不能像物質粒子那樣保存記憶的缺陷,所以僅憑光子傳輸,並不能產生實際應用上的空間。

為什麼隔空傳物還只能在量子間實現?

2004年,第一個實物粒子之間的量子傳輸在相隔幾個微米的離子間實現了,但是幾微米的距離,在宏觀狀態下幾乎可以忽略不計。最終,這一物理系統僅僅用於實現類似集成電路中的基本組件上,而且實驗的原理也很難延伸,發展成宏觀距離上的量子傳輸。

為什麼隔空傳物還只能在量子間實現?

物質的遠距離傳輸,應用的是微粒糾纏態的特質。量子物理學認為,如果通過某種方式產生出來一對電子,那麼這對電子具有糾纏態的特徵:無論將這兩個電子分開多遠,只要其中一個電子發生改變,另外一個就會發生相應改變,改變的精確度幾乎完全一致,所以,當我們測定其中一個電子的信息時,另外一個電子的信息也就全得到了。

為什麼隔空傳物還只能在量子間實現?

在奧姆施因克之前,光子可以長距離傳輸,但沒有儲存能力;物質粒子可以儲存信息,但是隻能逾越幾微米。奧姆施因克最成功的地方在於,他們發現了第三條路,他們結合了前兩種技術的優勢,利用了一種所謂的“糾纏交換”的技術,把一個具體的傳送擴展成一系列量子隱形傳態過程,所以非常靈活。

為什麼隔空傳物還只能在量子間實現?

他們在實驗中做了兩次“糾纏”,除了兩個鐿離子互相對應,他們還分別將其與一對相互糾纏的光子“糾纏”起來,當信息發生遠距離傳遞的時候,鐿離子的信息也就通過光子完成了傳遞。

為什麼隔空傳物還只能在量子間實現?

但是,這樣的傳輸也只有在量子狀態下才能進行。到目前,這項實驗還只可以看作是科幻小說中“隔空傳物”的第一步,距離我們想象的還有很遠的距離。這一實驗的意義在於,它拓展了一種信息傳輸方式,其目前的前景主要是在通訊技術和計算機技術領域方面。


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