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瞬时从一个地方到达另一个地方的科幻梦想（或完全的幻想）在今年 2 月 14 日继续存在，道格·里曼的电影《心灵传输者》上映了，该片改编自史蒂文·古尔德的小说。我们请加州理工学院的量子物理学家 H. Jeff Kimble 解释物理学家如何理解量子隐形传态，结果发现它与计算的相关性高于通勤。注：这是在《大众科学》2008 年 3 月印刷版上发表的问答的扩展版本。《大众科学》：关于隐形传态的最大误解是什么？
Jeff Kimble：认为物体本身正在被发送。我们没有在发送物质的东西。如果我想送你一架波音 757，我可以把所有的零件都送给你，或者我可以送你一张显示所有零件的蓝图，送蓝图要容易得多。隐形传态是一种关于如何将量子态（波函数）从一个地方发送到另一个地方的协议。
传输量子态很难吗？
最直接的方法是想象它是一个电子：只需将电子从 A 点射到 B 点，它就会随身携带它的量子态。但这并不总是那么好，因为在这个过程中状态会变得混乱。
隐形传态如何避免量子态的扰乱？ 使隐形传态成为可能的特殊资源是纠缠。你（在 A 地点的爱丽丝）手上有一个处于未知量子态的电子。你的任务是将量子态（而不是电子）发送到 B 地点的鲍勃那里。如果你尝试直接测量它，你必然会扰乱它。
你和鲍勃还共享一对电子，你有一个，鲍勃有另一个，它们处于纠缠态，如果你的电子自旋向上，他的电子就会自旋向下，反之亦然。
你对两个电子（我给你的电子和你与鲍勃共享的电子）进行联合测量。这会给你两个信息位。你打电话给鲍勃，把这两个信息位告诉他，他用它们来操纵他的电子。瞧，在理想情况下，他可以完美地重新创建我给你的电子的状态。
为什么爱丽丝不直接复制量子态并存储副本？ 存在类似海森堡不确定性原理的不确定关系。当我把我的电子交给爱丽丝时，她可能会想做的就是保留一个副本——克隆它。她尝试获取的关于状态的信息越多，隐形传态的效果就越差。如果她试图保留一个完美的副本，那么鲍勃就会创建一个完全随机的状态。
为什么要传输量子态？有哪些应用？ 想象一下，你想构建一台量子计算机。量子计算机就像你桌面上的计算机一样，会有各个部件。它们必须以量子力学的方式连接在一起。量子存储器必须与量子处理器对话。隐形传态只是一根奇特的量子导线。
为什么不直接发射电子？ 如果我把这个电子从存储器携带到处理器，并且我犯了一个错误——例如它与导线中的某些杂质碰撞——那么我失去的不仅仅是那个电子的状态。那个自旋可能与计算机中的所有自旋纠缠在一起。
自从 1997 年首次演示量子隐形传态以来，该领域取得了哪些进展？
所有最初的工作都是用光完成的。1998 年，我的团队演示了光束的隐形传态。我会说这是第一次真正意义上的演示。一束光进入，一束光出来。在你们杂志报道的实验中，从来没有哪个时刻你可以说，啊哈，状态已经出现并被隐形传送了。
几年前（2004 年），科罗拉多州博尔德市国家标准与技术研究所的 David J. Wineland 领导的团队以及奥地利因斯布鲁克的 Rainer Blatt 领导的团队同时隐形传输了捕获离子的内部自旋。这是第一次使用大质量粒子的状态进行隐形传态。一个离子的量子态使用中间的第三个离子隐形传送到第二个离子。
最近（2006 年），哥本哈根大学的 Eugene S. Polzik 团队将光的量子态直接隐形传输到材料系统中。所有其他实验都是从原子或光子到完全相同的粒子类型的隐形传态。
这些演示有任何实际价值吗？ 它具有实际意义，因为量子计算机将是一个混合系统。光非常适合以非常低的损耗从一个地方传播到另一个地方，但存储光真的很难。一些量子信息协议要求你将光映射到某些材料系统中，在那里你可以长时间存储它。然后，如果你想在你的计算机或全国各地进行通信，你再将其映射回光。
我还应该告诉你另一个实验。东京大学的一位名叫 Akira Furusawa* 的科学家隐形传送了纠缠。他有一束光与第二束光纠缠；他隐形传送了第一束光，并且可以证明它仍然与未被隐形传送的伙伴纠缠在一起。
保持隐形传送的物体与其未隐形传送的伙伴纠缠在一起有什么用？ 量子计算机正在处理数千个纠缠的自旋，有时我需要将第 561 个电子的状态隐形传送到另一个地方。但这并不像仅仅认为它是那个电子那么简单。
换个话题——这部新电影《心灵传输者》是关于一个孩子和其他一些人从一个地方隐形传送到另一个地方。
我不知道。
如果你看过《X战警》，其中的夜行者…
我也没看过《X战警》。
你看 NBC 的《英雄》吗？
不，我看一些橄榄球季后赛。
但你认识柯克船长…
我有一些建议。在你的故事中不要谈论隐形传送人。我们社会的技术基础是信息商业，在未来 20 年内它将发生根本性的变化。阅读半导体行业的路线图。我们只会兴高采烈地认为它会在电影屏幕上发生，而我们会忽视对科学和技术的投资。
科学中有一个非常令人兴奋的前沿领域，它在 15 或 20 年前并不存在，那就是量子信息科学，它将传统的计算机科学和量子力学结合在一起。正在发生的事情令人兴奋。
*更正 (2009 年 1 月 20 日)：Akira Furusawa 最初被认定为 TK Furusawa。