“Beam me up”是《星際迷航》系列中最著名的臺(tái)詞之一。當(dāng)主人公希望從所處位置被傳送回企業(yè)號(hào)時(shí)，就會(huì)這樣呼叫母艦。

雖然人類的隱形傳態(tài)只存在于科幻小說中，但在量子力學(xué)的亞原子世界中是可能的，盡管并非電視上通常描繪的方式。 在量子世界中 ，隱形傳態(tài)涉及信息的傳輸，而非物質(zhì)。

去年，科學(xué)家證實(shí)，即使沒有物理接觸的光子，信息也可以在計(jì)算機(jī)芯片上的光子之間傳遞。

現(xiàn)在，根據(jù)羅切斯特大學(xué)和普渡大學(xué)的最新研究，電子之間也能實(shí)現(xiàn)隱形傳送。

已有兩篇相關(guān)論文，分別發(fā)表在《自然通訊》和《物理評(píng)論X》上。研究人員，包括羅徹斯特物理學(xué)助理教授約翰·尼科爾和羅徹斯特物理學(xué)教授安德魯·喬丹，探索了量子力學(xué)的新知識(shí)：遠(yuǎn)電子之間的相互作用。這項(xiàng)研究是改進(jìn)量子計(jì)算的重要一步，而量子計(jì)算機(jī)是未來“答案的一部分”。

遠(yuǎn)距離奇異作用

量子隱形傳態(tài)是阿爾伯特·愛因斯坦著名的“超距鬼魂”的例證，后者也被稱為量子糾纏。在糾纏中，一個(gè)粒子的性質(zhì)會(huì)影響另一個(gè)粒子的性質(zhì)，即使粒子之間相距很遠(yuǎn)也是如此。 量子隱形傳態(tài)涉及兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的糾纏粒子，第三個(gè)粒子和一個(gè)糾纏粒子交換信息，使得自身的信息被“傳送”給遠(yuǎn)處的另一個(gè)糾纏粒子。注：量子隱形傳輸是無法超越光速傳遞信息的，或者說它們也許真的超越了光速，但是只要我們?cè)噲D去讀取這些信息，則超光速傳遞的信息必然是無意義的。所以我們要想利用這種東西，要么是以光速傳遞信息——就和無線電波一樣，要么就是把它們當(dāng)做系統(tǒng)，不去管它們具體傳遞的信息是什么

量子隱形傳態(tài)是量子計(jì)算中傳輸信息的重要手段。雖然典型的計(jì)算機(jī)由數(shù)十億個(gè)稱為位的晶體管組成，但量子計(jì)算機(jī)將信息編碼為量子位qubit。一個(gè)位的取值為“0”或“1”，但量子位可以同時(shí)為“0”和“1”。單個(gè)量子位同時(shí)占據(jù)多個(gè)狀態(tài)的能力是量子計(jì)算機(jī)巨大潛力的根基。

科學(xué)家最近通過使用電磁光子創(chuàng)建了遙遠(yuǎn)糾纏的量子位對(duì)，證明了量子隱形傳態(tài)。同時(shí)，由單個(gè)電子制成的量子位也有望應(yīng)用在半導(dǎo)體中。

尼科爾說：“單個(gè)電子是有前途的量子位，因?yàn)樗鼈儽舜酥g非常容易相互作用，并且半導(dǎo)體中的單電子量子位也是可擴(kuò)展的。”

糾纏的電子對(duì)

為了證明可使用電子進(jìn)行量子隱形傳態(tài)，研究人員利用了基于海森堡交換耦合原理的最新技術(shù)。單個(gè)電子就像條形磁鐵，其北極和南極可以向上或向下。極的方向被稱為電子的磁矩或量子自旋狀態(tài)。如果某些種類的粒子具有相同的磁矩，則它們不能同時(shí)占據(jù)同一位置。即，處于相同量子態(tài)的兩個(gè)電子不能彼此重疊。

研究人員使用該技術(shù)分配糾纏的電子對(duì)并傳送其自旋態(tài)。

尼科爾說：“我們提供了糾纏交換的證據(jù)，在糾纏交換中，即使粒子從未相互作用，我們也會(huì)在兩個(gè)電子之間產(chǎn)生糾纏，而量子門隱形傳態(tài)則是使用隱形傳態(tài)進(jìn)行量子計(jì)算的一種潛在有用技術(shù)。我們的工作表明，即使不用光子也可以做到這一點(diǎn)。”

這些結(jié)果為涉及所有物質(zhì)的自旋態(tài)而不僅僅是光子的量子遠(yuǎn)傳研究的未來鋪平了道路，并為量子電子在量子位半導(dǎo)體中令人驚嘆的有用能力提供了更多證據(jù)。

更多信息：QiaoHaifeng等，量子點(diǎn)自旋態(tài)的條件隱形傳態(tài)，《自然通訊》(2020年)。DOI：10.1038 / s41467-020-16745-0