現實生活中有隱形傳送的可能嗎?

隱形傳送是物質或能量從一個位置轉移到另一個位置,而不跨越傳統物理意義上的距離。1967年,《星際旅行》電視連續劇和電影的詹姆斯·柯克上尉,是第一個體驗傳送感覺的虛擬人。1993年,IBM科學家查爾斯·H·貝內特及其同事會提出科學理論,提出了真實的傳送的可能性。

現實生活中有隱形傳送的可能嗎?

《星際旅行》電視連續劇和電影的詹姆斯·柯克上尉

到1998年,當加州理工學院的物理學家在實驗室中,將一個光粒子從一個位置傳送到另一個位置,而沒有物理地跨越兩個位置之間的距離時,傳送就變成了現實。雖然科幻小說和科學事實之間確實存在一些相似之處,但現實世界中的傳送與虛構的根源有很大的不同。

隱形傳送根源:量子物理與力學

1998年首次進行遠程傳輸的科學分支源於量子力學之父、德國物理學家馬克斯·普朗克。在1900年和1905年,他試圖解釋在紅熱和白熱物體的輝光中,他發現了一些被稱為"量子"的不同能量包。在他的理論中,他開發了一個公式,描述了量子在亞原子水平上如何同時作為粒子和波,該方程中包含一個常數,現在被稱為普朗克常數(h),該常數對量子力學的未來發展起到了前所未有的作用。

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雙縫實驗證明粒子波粒二象性動態圖

在宏觀層面上,量子力學中的許多規則和原理描述了這兩種現象:波和粒子的雙重存在。粒子,作為局部體驗,在運動中傳遞質量和能量。波表示非局域的事件,分佈在時空,如電磁波中的光波,攜帶能量,但不攜帶質量。"例如,池桌上的球——你可以觸摸的物體——像粒子一樣,而池塘上的波紋就像粒子的波,沒有水的傳輸:因此沒有質量的淨傳輸,“英國埃克塞特大學物理學教授斯蒂芬·詹金斯寫道。

基本原理:海森堡的不確定性原則

宇宙的一個基本規則,由沃納·海森堡在1927年提出,現在被稱為海森堡的不確定性原理,這個理論是說,你不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度,粒子位置的不確定性,必然大於或等於普朗克常數(Planck constant)除於4π(ΔxΔp≥h/4π),這表明微觀世界的粒子行為與宏觀物質很不一樣。

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測量粒子屬性(如位置和動量,或方位角與動量矩,還有時間和能量等)越多,有關粒子位置的信息就越不明確。換句話說,這個原則說你不能同時知道粒子的兩種狀態,更不知道同時知道許多粒子的多重狀態。就其本身,海森堡的不確定性原則使得隱形傳態的的想法變得不可能。但是,這是量子力學變得怪異的地方,這要歸功於物理學家歐文·薛定諤對量子糾纏的研究。

遠處的幽靈行為和薛定諤貓

當用最簡單的術語來概括量子糾纏時,被愛因斯坦稱為"遠處的幽靈行為",測量一個糾纏粒子會影響第二個糾纏粒子的測量,即使兩個粒子之間的空間距離跨越很大。

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薛定諤貓

歐文·薛定諤在1935年將這一現象描述為"偏離經典思想路線",並在一篇由兩部分組成的論文中將其稱為"糾纏"理論。在論文中,他還談到了他那自相矛盾的貓——活著和死亡,直到觀察使貓的狀態崩潰,使其要麼死亡,要麼活著。歐文·薛定諤指出,當兩個獨立的量子系統因為先前的相遇而糾纏在一起時或量子聯繫時,如果一個量子系統或狀態的特徵不包括另一個系統的特性,那麼無論兩個系統之間的空間距離如何,都不可能對其進行解釋。

量子糾纏是科學家今天進行量子隱形傳態實驗的基礎。

量子隱形傳送與科幻小說

今天,科學家的隱形傳送依賴於量子糾纏,因此一個粒子發生的事情瞬間就發生在另一個粒子身上。與科幻小說不同,它不涉及物理掃描對象或人並將其傳輸到另一個位置,因為目前不可能在不破壞原始物體或人的情況下,創建原始物體或人的精確量子拷貝。

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中國的墨子號量子衛星

相反,隱形傳送表示將量子態(如信息)從一個原子移動到相隔遙遠的不同原子。密歇根大學和馬里蘭大學聯合量子研究所的科學團隊在2009年報告說,他們成功地完成了這項特殊的實驗。在他們的實驗中,一個原子的信息轉移到相隔一米的另一個原子上。在實驗中,科學家們把每個原子都分別放置在獨立的封閉空間裡。

2017年,中國合肥科技大學的潘建偉領導的團隊,成功的將光子隱形傳送到距離地球1,400公里的“墨子號”量子衛星上,這是目前人類實現隱形傳送光子的最遠距離。

遠距離傳送的未來

雖然將人或物體從地球運送到遙遠的空間位置的想法,目前仍停留在科幻小說的範疇,但將數據從一個原子到另一個原子的量子隱形傳送,在多個領域有著潛在應用:計算機,網絡安全,互聯網等。

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谷歌量子計算機

基本上,任何依賴量子隱形傳送將數據從一個位置傳輸到另一個位置的系統,都可以看到數據傳輸的速度比人們想象的要快得多。當量子隱形傳態導致數據從一個位置移動到另一個位置時,沒有任何時間間隔,由於存在疊加,數據在計算機的二進制系統中同時處於0和1的雙重狀態中,直到測量將狀態崩潰為0或1為止,因此數據移動的速度快於光速。當這種情況發生時,計算機技術將迎來一場全新的革命。


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