2005年，物理學家阿舍爾·佩雷斯（Asher Peres）在《今日物理學》雜誌提問欄目上告訴我們，當一位記者問他量子隱形傳態能否同時傳送人的靈魂和身體時，科學家回答：“不，不是身體，而是靈魂。“佩雷斯的回答不僅是一個簡單的幽默笑話，還提供了一個完美的解釋，用一個隱喻來詮釋我們在科幻小說中見過無數次的過程的真實性。事實上，確實存在隱形傳態，在現實世界中，儘管它與星際迷航系列中著名的《星際迷航，史考特！》大不相同。

科幻傳送概念圖

得益於佩雷斯和其他五位研究人員在《物理評論快報》上發表的理論研究，真實科學中的隱形傳態理論於1993年開始形成，為量子隱形傳態奠定了基礎。顯然，這是合著者查爾斯·貝內特（Charles Bennett）的想法，將擬議的現象與流行的傳送思想聯繫起來，但小說和現實之間有著本質的區別：在後者中，傳播不是問題，而是信息，將信息從原始物質轉移到目標物質。

量子隱形傳態基於物理學家阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）、他的同事鮑里斯·波多爾斯基（Boris Podolsky）和內森·羅森（Nathan Rosen）在1935年描述的假設，被稱為EPR悖論。由於量子物理學定律的緣故，有可能獲得兩個粒子並將它們在空間中分開，以便它們將繼續共享它們的屬性，成為一個整體的兩半。因此，對其中一個A（在A或Alice上，根據使用的術語）的作用將立即對另一個B（對B或Bob）產生作用。用愛因斯坦的話來說，這種“遠距離的怪異行為”似乎有能力突破光速的極限。

圖：該圖展示了處於糾纏量子態的原子。左側原子A的狀態表示的信息被傳送到三英尺外的原子B。

這種現象的理論，稱為量子糾纏，後來在1964年由約翰·斯圖爾特·貝爾提出，並得到了許多實驗的證實。佩雷斯、貝內特及其合作者提出，第三個粒子可以與愛麗絲（Alice）量子的相互作用，失去一個量子態（其物理特性之一的值）轉移到鮑勃（Bob）量子狀態，這樣它就能獲得該狀態。如果沒有物質的轉移，鮑勃（Bob）量子將被轉換成愛麗絲（Alice）互動粒子的副本，並且它們之間永遠不會發生物理接觸。

傳送量子比特

自1998年以來，各種實驗已經實現了這種量子隱形傳態，首先使用單個光子，然後使用原子和更復雜的系統。起初，在很短的距離內，這種現象就得到了證明，在隨後的研究中又增加到數百米和數千米。目前的記錄是，將距離地球1,400公里的光子傳送到地球軌道上的“墨子號”量子衛星，這項成就是由中國合肥科技大學的潘建偉領導的團隊於2017年成功完成。

“墨子號”量子衛星概念圖

在這些實驗中，傳輸的信息是按比特編碼的信息。在傳統意義上，位是二進制信息的基本單位，其取值為0或1。在應用於量子態時，位可能包含有關例如粒子自旋（一種自旋）的信息。但是在量子的量子形式位中，其值可以是0和1或另一個值（例如2），因為量子力學允許狀態重疊。這就是為什麼量子計算被視為比傳統計算更強大的技術的原因，因為它的存儲和處理信息的能力要大得多。

但是，必須強調的是，量子隱形傳態不能立即或以比光速更快的速度傳輸數據。原因是鮑勃（Bob）需要獲取有關愛麗絲（Alice）的測量的其他信息，這些信息不會通過糾纏的粒子系統傳輸，因此必須通過另一個通道發送。對於每個傳送的量子比特，必須傳輸兩個經典位，這隻能通過傳統方式來完成，最多隻能達到光速。

未來的量子網絡

但是儘管有此限制，但隨著量子技術達到新的里程碑，量子隱形傳態的可能性越來越有希望。今年，兩組研究人員首次報告了量子態或三維信息單元（可以採用三個值，0、1 和 2）的傳輸情況。 “兩項研究都證明了量子的隱形傳態。“中國科技大學的物理學家柳必恆解釋說，“主要的區別在於我們使用的方法。”

圖：奧地利和中國的科學家首次成功地轉移了三維量子態（符號圖像）。

但是，目前兩個研究小組之間仍有爭議。正如物理學家陸朝陽（也來自中國科技大學）對我們解釋說，"隱形傳態的量子性質尚未被證明。”相關論文發表在《物理評論快報》中。維也納大學的同一項研究的合著者曼努埃爾·埃哈德（Manuel Erhard）也認為，在劉的實驗中，“測量和結果不足以證明真正的三維和通用量子隱形傳態。”柳必恆為他的結果辯護：“我們已經完成了數字模擬，並證實了量子的隱形傳態。”

爭議還延伸到將系統擴展到更多維度的可能性。根據柳的說法，“這兩種方案具有可擴展性。”埃哈德認為自己的系統可以輕鬆擴展到任何維度，“進一步提高維度是技術發展的問題，”埃哈德補充說。