星球战士从某一地点突然消失，而瞬间出现在遥远的另一点。《封神演义》中的土行孙，会突然消失，一转眼又从别的地方冒出来…… 这些只是科幻电影和神话中才会出现的场景。现实生活，能找到这样的奇妙隧道，让我们真正实现瞬间转移吗?

相信瞬间移动会是不少人儿时的梦想。这种超能力在物理学上并非不可能。如果我们能够对构成物体的每一个粒子进行测量，然后在目的地用同样的粒子完全复制其状态，就可以得到一模一样的物体。如今，中国科学家在这项技术上取得了重大突破。

今年2月26日，《自然》杂志发表封面文章，介绍了中国科技大学潘建伟项目组的“多自由度量子体系的隐形传态”研究。通俗地说，这一技术可以让科学家在异地瞬间获知粒子状态，从而开启了物体瞬间传输技术的大门。

理论基础：量子纠缠

要想弄清楚“量子隐形传态”的原理，就绕不开“量子纠缠”的概念。量子纠缠是指相距遥远的两个量子所呈现出的关联性。科学家早就发现，处于特定系统中的两个或多个量子，即使相距遥远也总是呈现出相同的状态，当其中一个量子状态改变时，其他量子也会随之改变。

爱因斯坦曾把量子纠缠称为“鬼魅般的超距作用”，不过观察者网曾经报道，科学家如今认为，量子纠缠其实也是需要信道的，潘建伟教授的项目组2013年也测出，量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级。

这就是量子隐形传态的理论基础。在量子纠缠的帮助下，带传输量子携带的量子信息可以被瞬间传递并被复制，因此就相当于科幻小说中描写的“超时空传输”，量子在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘地出现。

技术突破：非摧毁性测量

但想测量一下光子，再让远方复制，实现起来是非常困难的。由于太小，光子“一触而溃”，再精细的测量也让它面目全非。

中科大网站介绍说，1997年，国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证，该工作随后与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等影响世界的重大科技成果一起入选了《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”。

然而，以往所有的实验实现都存在着一个根本的局限，即只能传输单个自由度的量子状态，而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质，即使是一个最简单的基本粒子，如单光子，它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等等。

潘建伟对《科技日报》介绍说：“测量一个自由度，不干扰其他自由度，很困难。好比测量身高，尺子一拉，体重就受了影响。”

中科大此次就是进一步发展了“非摧毁性的测量技术”。经过多年艰苦努力，研究人员成功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件，突破了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动量纠缠实验平台，从而首次让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。

据中科大新闻网报道，该实验成果得到了《自然》杂志审稿人的高度评价，他们一致称赞该工作“绝对新颖、重要，处于当前量子光学和量子信息领域的最前沿，可以认为是一个伟大的成就”，“在1997年单个自由度量子隐形传态实验实现的18年之后，这个工作从基本概念上将量子隐形传态提升到了一个新的水平”，“非常有趣，意义重大，且具有极其苛刻的技术
难度”。

由于该成果的重要性，《自然》杂志专门邀请国际知名量子光学专家Wolfgang Tittel教授在同期的“新闻视角”（News and Views）栏目撰文评论：“该实验实现为理解和展示量子物理的一个最深远和最令人费解的预言迈出了重要的一步，并可以作为未来量子网络的一个强大的基本
单元。”

该论文发表后，第一时间受到了美国《科学新闻》（Science News）和欧洲物理学会新闻网站Physics World等多家国际媒体的报道，称“该工作不仅为提升量子力学基础问题的理解迈进了关键一步，也将在未来量子计算机的研制中扮演重要角色”。

应用：谢耳朵的难题还很遥远

看过《生活大爆炸》的读者可能还记得，谢耳朵曾经在剧中谈到过瞬间移动（teleportation）的伦理问题：如果我能够在此地被摧毁，然后在异地重建，那么使用了不同原子重建的我，还是我吗？暂时还不用担心。中科大的这项研究距离宏观物体的远距传输还差得很远，其应用主要在于量子通信。在无线通信中，如果直接使用二进制编码会造成严重的误差，因此在数字通信中，人们还需要进行更复杂的编码。同样，从单自由度传输到多自由度传输的进步，对量子通信的实用化意义
重大。

人类瞬间转移面临三大难题

《封神演义》中的土行孙，他会突然消失，一转眼又从别的地方冒出来。在科幻系列电影《星际旅行》中，发送人体是一件最平常不过的事情。在一台魔术装置中，宇航员的身体忽然一闪，便消失得无影无踪，之后他会出现在任何一处希望抵达的地点，甚至是外星球。只要那个地方有一台类似的接收器，除了平淡地说一句“发射我吧，苏格兰人”之外，没有人会把它当作话题来谈论。

想象一下，如果这样的技术有一天能够普及，那么我们出门旅行再也不用费力地转乘各种交通工具，而只要运用这种传送工具，瞬间就能把我们“转移”到任何我们想去的地方。

隐形传物虽然理论上可行，但要真正实现人的隐形传送，目前还有许多技术难题尚未解决。

难题一：人的身体是由物质组成的，如果用光速把人的身体移动到另一个地点，那么，就必须将它“唯物质化”。经物理学家计算，单单突破原子核内部的限定力，就必须把身体加热到1万亿摄氏度———这比太阳内部的热度还要高几百倍。只有在这一温度下，物质才能变为光，并通过光速输送到任何一个地点。而对每一个被输送的人来说，所使用的能量要超过迄今为止人类全部能量消耗的大约1000倍。

难题二：发射仪器必须在目的地将人重新组合起来。为了知道如何组合，它就需要获得人体所有原子结构的精确信息。如果每一个原子约为1000字节，描述人体的所有原子总共需要10的31次方的字节，而目前世界上全部图书所含有的信息约为10的15次方字节，仅是完整描述一个人所需要的信息的1亿分之一。仅传输这些数据对于今天速度最快的计算机来说，也会花去比宇宙年龄还要长2000倍的时间。

难题三：精确描述人的原子结构是最棘手的问题，从根本上来说是不可能的。因为根据海森伯测不准原理，我们不可能获得一个粒子的全部信息。例如，如果我们想知道一个粒子的位置，那么我们就会失去所有关于它的速度的信息，反之亦然。

（原载于校园文学2015年第3卷）