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“隐形运输”之谜

观点:科幻小说《星球大战》中有这样的情节。书中人物站在一个叫做“传输机”的机器上,另一个人操纵机器的键盘,锁定被传输者身上的每一个原子,一道亮光闪过之后,电波就把这些人带到了他们想去的地方。这就是“隐形传输”,并且很有可能在未来实现。

人类大约在5000多年前发明了轮子,从那以后,人与人之间的距离变得越来越近,各个民族和国家之间的沟通交流也越来越多。到了今天,汽车、飞机等现代交通工具把我们的地球变成了“地球村”;而互联网的应用更是使得“天涯若比邻”这句话成为现实。但是,你有没有想过,我们能不能不凭借任何交通工具直接从家里去海边度假;或者比电波的光速还要快,瞬间就可以从地球到达遥远的火星?这大概可以算作是人类的终极梦想,就像武侠小说中提到的“乾坤大挪移”功夫,人可以在不同的空间位置之间来往穿梭。

飞机是目前人类最常用、最快的交通运输工具

这就是引人关注的“隐形传输”技术,这种技术的原理是在A点提取物体的全部信息,将这些信息传送到目的地,然后在目的地B点选取构成原物体的基本粒子,比如光子或原子,按照接收到的信息造出一个完全一样的物体。由于光子的运动速度为光速,这种传输的速度 同样为光速。

著名科学家爱因斯坦,他的研究成果打开了近代物理学的大门

正如爱因斯坦一句著名的话所说:“如果在刚开始这个想法听上去就不荒谬,那么这个想法就没有希望变成现实!”隐形传输不是痴人说梦的臆想,科学界目前正在从事这方面的研究,并且已经取得了令人鼓舞的进展。当然,目前的研究还只是停留在量子水平上,但也是一个非常良好的开头。

上世纪90年代,科学界就开始讨论隐形传输在现实世界的可能性。著名物理学家查尔斯·本耐特和他的研究者们在美国物理学会的年会上提出,量子隐形传输是可以实现的,前提是消灭被传输的物体。之后所进行的一系列实验证明了量子隐形传输的可行性。

反映时空旅行和隐形传输的电影《时空骇客》剧照

1998年,加州理工学院的研究人员和两个欧洲的研究小组成功地实现了一个光子的隐形传输。加州理工学院的研究者们读取了一个光子的信息,将这些信息传过1米长的电缆,然后复制出了一个相同的光子。如他们所预期的那样,当新的光子被制造出来之后,原来的光子便不复存在了。这同查尔斯·本耐特的构想完全一样,在我们传输一个光子之后,原有的光子已经消失,而传输后的光子是一个新造的光子。

随后,澳大利亚学者也成功地完成了隐形传输实验,他们将一束激光进行了隐形传输,进一步验证了隐形传输的可行性。

我国科学家也在这方面取得了进展。《自然·物理》以封面文章的形式发表了一项研究成果,称我国科学家潘建伟领导的中国科大研究小组同德国、奥地利等国的同事进行了约十年的合作。他们的一项实验成果显示,不仅两个光子的量子态能被精确传输,两光子系统中的各种关联关系也能被精确传输。该实验不仅在国际上首次成功地实现了复合系统量子态的隐形传输,而且第一次成功地实现了六光子纠缠态的操纵。

最近,丹麦科学家首次通过将物质转化量子信息,以光子为媒介实现远距离传递。据路透社报道,丹麦哥本哈根大学尼尔斯波尔学院的尤金·波尔济克教授,以及他领导的团队首次把物体转化为量子,并通过光子成功实现传送。

欧洲巨型粒子对撞机

在这之前,物理学家还只能做到让三四个原子彼此纠缠。波尔济克和他的同事们已经实现了这种为隐形运输做好准备的状态:他们使两个包括数十亿铯原子的铯原子团纠缠在一起。接下来他们需要做的只是利用激光束对第三团原子进行复制,进行实际的运输。“这向前迈进了一大步,因为光子和物体是两种完全不同的物质:一种是信息传递的载体,一种是储存媒介。”波尔济克教授在接受采访时解释说:“我们的方法允许在更大距离实现量子传送,因为我们使用了光子作为载体。”“这是在两个地点之间真正实现量子信息传送。量子信息与传统信息不同,它不可计量。其拥有更大的信息存储能力,而且无法被截获。因此使用量子信息传递将非常安全。”

粒子对撞机是研究隐形传输的主要工具

波尔济克团队取得的成绩仍然具有局限性,比如只能运输原子团整体的磁性。尽管存在这些局限,有些物理学家认为,人类很快就能运输整个分子的所有细节,或许最终能运输像细菌这么大而复杂的物体。既然在理论上可行,技术上也有正确的途径,那么更大的物体,例如人体,是否也有可能进行隐形传输呢?

从技术角度来说,现在我们还不具备这样的能力。我们已经知道,构成一个人体大概有要10的28次方个原子,完成一个人的传输,就意味着我们使用的“传输机”能够对所有这些原子进行标记和分析,然后把这些信息传到另一点,再利用这些信息造出一个人来。这就出现了问题,成千上万的分子不能有一毫米的错位,否则可能就意味着这个人出现某种生理缺陷;在传输过程中,某些不可控的未知因素也有可能使得传输中断或者失败。最后,人类的伦理也不会允许这样的行为,因为用这种方法旅行,一个人旅行一次就要被“消灭”一次。那个新生的人是否和之前一样,谁也不知道,这里面有巨大的风险。

这样看起来,隐形传输最现实的应用还是在没有生命的物体范畴之内最为可靠。即使这样,隐形传输呈现的前景还是令人激动。人类对宇宙的探索完全可以交给机器人去做,随着技术的不断进步,我们对这项技术的认识也将不断提高,可能有一天我们发现,这些问题跟我们想象的完全不一样,人类终将解决这个终极的传输之谜。

光 子

光子是传递电磁相互作用的基本粒子,是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体,在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相比,光子的静止质量为零,这意味着其在真空中的传播速度是光速。对可见光而言,单个光子携带的能量约为4×10 19焦耳,这样大小的能量足以激发起眼睛上感光细胞的一个分子,从而引起视觉。 O9CzDyr71JgqzqF2G15s0cIE4mau2OZm2BYW8jS7LdybNXcEaERwIoLn7reH9E/u

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