簡(jiǎn)而言之,這項(xiàng)工作的新成果在于“多個(gè)自由度”,因?yàn)橐郧耙呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了單個(gè)自由度的量子隱形傳態(tài)。
什么是量子?一個(gè)量如果存在最小的不可分割的基本單位,就像上臺(tái)階一樣,只能上一個(gè)一個(gè)的臺(tái)階而不能上半個(gè)臺(tái)階,我們就說(shuō)這個(gè)量是量子化的,把這個(gè)最小單位稱為量子。我們?nèi)粘K?jiàn)的宏觀世界似乎一切都是無(wú)限可分的,微觀世界里卻有很多物理量是量子化的,例如原子中電子的能量。所以準(zhǔn)確描述微觀世界的理論必然是量子化的,這種理論就是量子力學(xué)。宏觀物質(zhì)是由微觀粒子組成的,所以對(duì)宏觀世界的準(zhǔn)確描述也必須是量子力學(xué)。中學(xué)里學(xué)的牛頓力學(xué)只是對(duì)宏觀世界的近似描述,在作為量子力學(xué)對(duì)立面的意義上被稱為經(jīng)典力學(xué)。

什么是量子隱形傳態(tài)?這是一種在1993年提出的方案,把粒子A的未知的量子態(tài)傳輸給遠(yuǎn)處的另一個(gè)粒子B,讓B粒子的狀態(tài)變成A粒子最初的狀態(tài)。注意傳的是狀態(tài)而不是粒子,A、B的空間位置都沒(méi)有變化,并不是把A粒子傳到遠(yuǎn)處。當(dāng)B獲得這個(gè)狀態(tài)時(shí),A的狀態(tài)必然改變,任何時(shí)刻都只能有一個(gè)粒子處于目標(biāo)狀態(tài),所以并不能復(fù)制狀態(tài),或者說(shuō)這是一種破壞性的復(fù)制。在宏觀世界復(fù)制一本書(shū)或一個(gè)電腦文件是很容易的,在量子力學(xué)中卻不能復(fù)制一個(gè)粒子的未知狀態(tài),這是量子與經(jīng)典的一個(gè)本質(zhì)區(qū)別。很多人聽(tīng)說(shuō)量子力學(xué)中狀態(tài)的變化是瞬時(shí)的,無(wú)論兩個(gè)粒子相距多遠(yuǎn),于是認(rèn)為隱形傳態(tài)的速度可以超過(guò)光速,推翻相對(duì)論。錯(cuò)了。隱形傳態(tài)的方案中有一步是把一個(gè)重要的信息(可以理解為一個(gè)密鑰)從A處傳到B處,利用這個(gè)信息才能把B粒子的狀態(tài)變成目標(biāo)狀態(tài)。這個(gè)信息需要用經(jīng)典信道(例如打電話、發(fā)郵件)傳送,速度不能超過(guò)光速,所以整個(gè)隱形傳態(tài)的速度也不能超過(guò)光速。很多人把隱形傳態(tài)當(dāng)成科幻電影中的傳送術(shù),瞬間把人傳到任意遠(yuǎn)處,然后還擔(dān)心復(fù)制人和本尊的倫理問(wèn)題,其實(shí)這些理解都是錯(cuò)誤的。量子隱形傳態(tài)是以不高于光速的速度、破壞性地把一個(gè)粒子的未知狀態(tài)傳輸給另一個(gè)粒子。打個(gè)比方,用顏色表示狀態(tài),A粒子最初是紅色的,通過(guò)隱形傳態(tài),我們可以讓遠(yuǎn)處的B粒子變成紅色,而A粒子同時(shí)變成了綠色。但是我們完全不需要知道A最初是什么顏色,無(wú)論A是什么顏色,這套方法都可以保證B變成A最初的顏色,同時(shí)A的顏色改變。

量子隱形傳態(tài)是在什么時(shí)候?qū)崿F(xiàn)的?是1997年,當(dāng)時(shí)潘建偉在奧地利維也納大學(xué)的塞林格(Zeilinger)教授組里讀博士,他們?cè)凇蹲匀弧飞习l(fā)表了一篇題為《實(shí)驗(yàn)量子隱形傳態(tài)》(“Experimental quantum teleportation”)的文章,潘建偉是第二作者。這篇文章后來(lái)入選了《自然》雜志的“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”,跟它并列的論文包括倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、愛(ài)因斯坦建立相對(duì)論、沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等等。






