量子传输是一种全新通信方式,它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息,是未来量子通信网络的核心要素。利用量子纠缠技术,需要传输的量子态如同科幻小说中描绘的“超时空穿越”,在一个地方神秘消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方瞬间神秘出现。需要注意的是,这并不是瞬间完成的。
量子隐形传输并不仅仅是科幻小说里面的故事。它是真实的,并且已经存在了。或者至少,量子的隐形传输已经成为了可能:这是指量子态从一个地方到另一个地方的传输。
量子隐形传输的方式是把放射源放一起和发电机的原理一样转起来实现的!
使得这个技术成为可能的奇怪现象叫做量子纠缠,它是指对于某些特定的粒子而言,即使它们已经在空间上分离了,但它们之间仍然存在着的某种神秘连接。
这项技术的关键在于对于这一现象的控制。这不是项容易的工作,将革新计算和通讯的速度。很显然,没有什么比即时通讯要更快了。要想象这样的场景简直是违背直觉的。
量子信息学就是以量子力学为基础,重新审视主流的计算和通讯理论及其实现技术的尝试,之所以用尝试这个词,是我认为这个学科的建立也还是在向经典信息理论妥协的结果。
今天量子信息学在其智力的触角能伸到的地方已经取得了一些成果,其中容易理解的是量子比特的概念和隐形传输的通信技术,也就是前文的实验。
在经典信息论中,信息量的基本单位是比特,一个比特代表经典二值系统(0,1)的一个取值的信息量。量子信息学中,基本单位是量子比特或称为量子位,量子比特是一个双态量子系统,这里的双态指的是两个线性独立态。在量子信息中,用作量子位实现的双态系统就是光子。解释一下,爱因斯坦是第一个认识到电磁辐射是以量子形式进行的,而且是以量子形式传播的。
我们掌握了量子比特的概念,其实就获得了一个更广阔的物质财富效应,可以实现在比特领域无法想象的操作。
量子隐形传态技术就是正在新兴的通讯领域,利用量子纠缠现象,可以实现不发送任何量子位而把量子位的未知态(即这个态包含的信息)发送出去。这样的净结果,就是张三所拥有的“笑态=笑容+滑稽动作+搞笑服装”,从张三处消失,并经过一个延迟(经典通讯和李四的操作时间),出现在李四那里。张三位置不动,李四位置也没有动,动的只是张三拥有的“笑态”,在李四处复活了。这在中国古代学术领域称为“遁术”。
与小说中称为“远距取物”不同的是,这只能称为“远距送物”,时间上送在先,复活在后。特别需要指出的是,上面的解说还受到线性的局限,理论上可以借助量子的隐形传态技术,传输任意复杂的量子态,包括这些态的组合。
比如量子密钥分配等超乎经典信息论可以理解的人间奇迹。
量子信息学的进展不尽如人意,发展缓慢,主要原因是世界科学界自二战以后,具有远见的学术巨擘凤毛麟角;其次,各国和社会均对此重视不够,科学沦为经济的头饰;这样才能有经费支持,有社会名声。如果搞前瞻性的量子信息这样的探索行为,在学科内部彼此学术交流都困难,更不用说和现实社会的交流了。
实际上,早在19世纪和20世纪之交时,物理学就完成了从牛顿力学向量子力学的转型。遗憾的是,世界如故,各国的高考试题全部都在为经典数学和力学唱赞美诗。