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<掌海科技>量子隐形传态(4)

纠缠光子对是当激光束穿过像贝塔硼酸钡这样的晶体时产生的。这种晶体偶尔会将一个紫外光光子转换成两个能量较低的光子,一个垂直极化(在红色锥体上),一个水平极化(在蓝色锥体上)。如果光子碰巧沿着锥形交点(绿色)传播,则两个光子都没有确定的偏振,但它们的相对偏振是互补的;然后它们就会纠缠在一起。彩色图像(右图)是一张下转换光的照片。颜色不代表灯光的颜色。

Alice 和 Bob 预期他们将在未来传送一个光子。在准备过程中,他们共享一对纠缠的辅助光子,Alice 取得光子A和Bob取得光子B,而不是测量他们,他们各自存储光子而不干扰微妙的纠缠态(见下图)。

一种量子测量

对辅助物质和人(左图)进行的联合测量将它们改变为随机量子状态,并产生大量随机(但重要的)数据-每个基本态两个比特。通过“远距离的诡异作用”,测量还可以立即改变遥远的对应物的量子状态(右图)。

在适当的时候,爱丽丝有第三个光子--称为光子X--她想要传送给鲍勃。她不知道光子X的状态是什么,但她希望Bob拥有一个具有相同偏振态的光子。她不能简单地测量光子的偏振并将结果发送给鲍勃。一般来说,她的测量结果不会与光子的原始状态相同。这就是海森伯格的不确定性原理在起作用。

相反,为了传送光子X,Alice与光子A联合测量它,而不确定它们各自的偏振。例如,她可能会发现它们的偏振相互“垂直”(然而,她仍然不知道其中任何一个的绝对偏振)。从技术上讲,联合测量将光子A和光子X纠缠在一起,称为贝尔态测量。爱丽丝的测量产生了一种微妙的效果:它改变了鲍勃的光子,使其与她的测量结果和光子X最初所处的状态相关联。事实上,鲍勃的光子现在携带着她的光子X的状态,无论是精确的还是以简单的方式修改的。

为了完成隐形传送,爱丽丝必须向鲍勃发送一条消息--一条通过传统方式旅行的消息,比如电话或纸条。在他收到这条消息后,如果有必要,Bob可以变换他的光子B,最终结果是它变成了原始光子X的精确复制品。

Bob必须应用哪种转换取决于Alice测量的结果。有四种可能性,对应于她的光子A和X之间的四种量子关系。鲍勃必须对他的光子应用的典型转换是将其偏振改变90度,他可以通过具有适当光学性质的晶体发送它。

爱丽丝得到的四种可能结果中的哪一种是完全随机的,与光子X的原始状态无关。

因此,在得知爱丽丝的测量结果之前,鲍勃不知道如何处理他的光子。可以说,鲍勃的光子瞬间包含了爱丽丝原著的所有信息,这些信息是由量子力学传输到那里的。

然而,为了知道如何读取这些信息,鲍勃必须等待经典信息,它由两个比特组成,传播速度不超过光速。

怀疑者可能会抱怨,唯一被传送的东西是光子的偏振态,或者更广泛地说,是它的量子态,而不是光子本身。但由于光子的量子状态是它的定义特征,隐形传输其状态完全等同于隐形传输粒子。

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怀疑者角落

常见隐形传态问题解答:

  • 把这称为心灵传送是不是太夸张了?毕竟,传送的只是一个量子态,而不是一个实际的物体。我们说的身份是什么意思?我们怎么知道一个物体--比如说,我们早上在车库里找到的那辆车--是不是我们刚才看到的那辆?当它具有所有正确的特征和属性时。量子物理强化了这一点:处于相同量子状态的相同类型的粒子即使在原则上也是不可区分的。如果人们能小心地将车内的所有铁原子与一块矿石中的铁原子交换,并准确地再现原子的状态,最终结果将在最深的层面上与最初的汽车完全相同。身份不仅仅意味着:在所有属性中都是相同的。

  • 这不是更像是“量子传真”吗?传真产生的复印件很容易与原件区分开来。此外,由于量子不可克隆定理,在量子隐形传态中,原件必须被销毁。

  • 我们能希望传送一个复杂的物体吗?存在着严重的障碍。首先,物体必须处于纯量子状态,而这种状态非常脆弱。原子和较大物体的实验必须在真空中进行,以避免与气体分子碰撞。即使是一小块物质,也只会受到来自设备壁的热辐射的干扰。这就是为什么我们在日常生活中看不到量子效应的原因。另一个问题是贝尔态测量。比方说,对由107个原子组成的病毒进行贝尔态测量意味着什么?我们如何提取这样的测量将产生的108比特或更多的信息?对于一个只有几克重的物体来说,这些数字是不可能的:超过1024比特的数据。

  • 传送一个人需要量子精度吗?对于同一个人来说,处于相同的量子态似乎并不是必要的。我们一直在改变我们的状态,但仍然是同一个人--至少就我们所知是这样!相反,同卵双胞胎或生物克隆不是“同一个人”,因为他们有不同的记忆。海森伯格的不确定性是否会阻止我们精确地复制一个人,让她认为自己和原始的人是一样的?谁知道呢。然而,有趣的是,量子不可克隆定理禁止我们制造一个完美的人的复制品。

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请注意,量子隐形传态并不会导致光子X的两个副本。

经典信息可以被复制任何次数,但完全复制量子信息是不可能的,这一结果被称为不可克隆定理,洛斯阿拉莫斯国家实验室的伍特斯和沃伊切赫·H·祖雷克在1982年证明了这一定理。(如果我们可以克隆一个量子态,我们就可以用这些克隆来违反海森伯格原理。)。爱丽丝的测量实际上使她的光子A和光子X纠缠在一起,而光子X可能会失去所有的记忆,可以说,它的原始状态。作为纠缠对的一员,它没有单独的偏振态。因此,光子X的原始状态从爱丽丝的域中消失。

理想的量子隐形传态依赖于发送者Alice和接收者Bob共享一对纠缠的粒子A和B。Alice有一个处于未知量子状态X的粒子。Alice对粒子A和X进行了贝尔态测量,产生了四种可能的结果之一。她用普通的方式把结果告诉了鲍勃。根据Alice的结果,Bob保持粒子不变(1)或旋转粒子(2,3,4)。无论哪种方式,它最终都是粒子X的复制品。

随机数据的传输

测量数据必须通过常规方式发送到远程接收站。这一过程受到光速的限制,因此不可能以比光速更快的速度传送人。

目前世界公认的四大科学难题包括生命起源、意识本质、物质结构和宇宙演化,掌海科技的量子能远程技术与这四者都有着密切的关系。据悉,国内掌海环保科技有限公司是全球首家量子能科技创新解决方案提供商,其发明的量子远程控制技术,可远程精准控制、改变物质内部结构,解锁、释放物质的质子能,已在环境治理、水净化、国防科技、医疗健康等多个领域实际应用,并发挥了奇效。太棒了!

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