簡介
隐形傳輸并不僅僅是科幻小說裡面的故事。它是真實的，并且已經存在了。或者至少，量子的隐形傳輸已經成為了可能：這是指量子态從一個地方到另一個地方的瞬時傳輸。
使得這個技術成為可能的奇怪現象叫做量子糾纏，它是指對于某些特定的粒子而言，即使它們已經在空間上分離了，但它們之間仍然存在着的某種神秘連接。
這項技術的關鍵在于對于這一現象的控制。這不是項容易的工作，将革新計算和通訊的速度。很顯然，沒有什麼比即時通訊要更快了。要想象這樣的場景簡直是違背直覺的。
超時空穿越（可能存在僞新聞）
國内研究
由中國科大和清華大學組成的聯合小組在量子态隐形傳輸技術上取得的新突破，可能使這種以往隻能出現在科幻電影中的“超時空穿越”神奇場景變為現實。
據聯合小組研究成員彭承志教授介紹，作為未來量子通信網絡的核心要素，量子态隐形傳輸是一種全新的通信方式，它傳輸的不再是經典信息，而是量子态攜帶的量子信息。
“在經典狀态下，一個個獨立的光子各自攜帶信息，通過發送和接收裝置進行信息傳遞。但是在量子狀态下，兩個糾纏的光子互為一組，互相關聯，并且可以在一個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方瞬間神秘出現。量子态隐形傳輸利用的就是量子的這種特性，我們首先把一對攜帶着信息的糾纏的光子進行拆分，将其中一個光子發送到特定位置，這時，兩地之間隻需要知道其中一個光子的即時狀态，就能準确推測另外一個光子的狀态，從而實現類似‘超時空穿越’的通信方式。”彭承志說。
據介紹，量子态隐形傳輸一直是學術界和公衆的關注焦點。1997年，奧地利蔡林格小組在室内首次完成了量子态隐形傳輸的原理性實驗驗證。2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功地将量子“超時空穿越”距離提高到600米。但由于光纖信道中的損耗和環境的幹擾，量子态隐形傳輸的距離難以大幅度提高。
2004年，中國科大潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間實現更遠距離的量子通信。在自由空間，環境對光量子态的幹擾效應極小，而光子一旦穿透大氣層進入外層空間，其損耗更是接近于零，這使得自由空間信道比光纖信道在遠距離傳輸方面更具優勢。
據悉，該小組早在2005年就在合肥創造了13公裡的自由空間雙向量子糾纏“拆分”、發送的世界紀錄，同時驗證了在外層空間與地球之間分發糾纏光子的可行性。2007年開始，中國科大——清華大學聯合研究小組在北京架設了長達16公裡的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現了世界上最遠距離的量子态隐形傳輸，證實了量子态隐形傳輸穿越大氣層的可行性，為未來基于衛星中繼的全球化量子通信網奠定了可靠基礎。
國際前沿
中國科學家日前曾經創造了97公裡的量子遠距離傳輸世界紀錄，引起轟動，不過長江後浪推前浪。新浪科技援引美國物理學家組織網的報道稱，維也納大學和奧地利科學院的物理學家憑借143公裡的成績再創了新高，朝着基于衛星的量子通訊之路邁出了重要一步。
實驗中，奧地利物理學家安東-澤林格領導的一支國際小組成功在加那利群島的兩個島嶼——拉帕爾瑪島和特納利夫島間實現量子态傳輸，距離達到143公裡，比中國的遠了46公裡之多。
其實，打破傳輸距離并不是科學家的首要目标。這項實驗為一個全球性信息網絡打下了基礎，在這個網絡，量子機械效應能夠大幅提高信息交換的安全性，進行确定計算的效率也要遠遠超過傳統技術。在這樣一個未來的“量子互聯網”，量子遠距傳輸将成為量子計算機之間信息傳送的一個關鍵協議。
在量子遠距傳輸實驗中，兩點之間的量子态交換理論上可以在相當遠的距離内實現，即使接收者的位置未知也是如此。量子态交換可以用于信息傳輸或者作為未來量子計算機的一種操作。在這些應用中，量子态編碼的光子必須能夠傳輸相當長距離，同時不破壞脆弱的量子态。奧地利物理學家進行的實驗讓量子遠距傳輸的距離超過100公裡，開辟了一個新疆界。
參與這項實驗的馬小松(Xiao-song Ma音譯)表示：“讓量子遠距傳輸的距離達到143公裡是一項巨大的技術挑戰。”傳輸過程中，光子必須直接穿過兩座島嶼之間的湍流大氣。由于兩島之間的距離達到143公裡，會嚴重削弱信号，使用光纖顯然不适合量子遠距傳輸實驗。
為了實現這個目标，科學家必須進行一系列技術革新。德國加爾興馬克斯-普朗克量子光學研究所的一個理論組以及加拿大沃特盧大學的一個實驗組為這項實驗提供了支持。馬小松表示：“借助于一項被稱之為‘主動前饋’的技術，我們成功完成了遠距傳輸，這是一項巨大突破。主動前饋用于傳輸距離如此遠的實驗還是第一次。它幫助我們将傳輸速度提高一倍。”在主動前饋協議中，常規數據連同量子信息一同傳輸，允許接收者以更高的效率破譯傳輸的信号。
澤林格表示：“我們的實驗展示了當前量子技術的成熟程度以及擁有怎樣的實際用途。第一個目标是基于衛星的量子遠距傳輸，實現全球範圍内的量子通訊。我們在這條道路上向前邁出了重要一步。我們将在一項國際合作中運用我們掌握的技術，中國科學院的同行也會參與這項合作。我們的目标是實施一項量子衛星任務。”
2002年以來就與澤林格進行量子遠距傳輸實驗的魯珀特-烏爾森指出：“我們的實驗取得了令人鼓舞的成果，為未來地球與衛星之間或者衛星之間的信号傳輸實驗奠定良好基礎。”處在低地球軌道的衛星距地面200到1200公裡。(國際空間站距地面大約400公裡)烏爾森說：“在從拉帕爾瑪島傳輸到特納利夫島，穿過兩島間大氣過程中，我們的信号減弱了大約1000倍。不過，我們還是成功完成了這項量子遠距傳輸實驗。在基于衛星的實驗中，傳輸數據更遠，但信号穿過的大氣也更少。我們為這種實驗奠定了一個很好的基礎。”
傳統計算機采用的是0與1的二進制計算，二進制很容易以電路的開與關，或者高電平與低電平表示。而量子計算則用一個個量子态代替了傳統計算機的二進制計算位，稱之為“量子位”(qubit)。可以用量子态的正向和反向自旋分别代表0與1。與傳統計算機不同的是，量子态可以處于0和1“線性疊加态”，這使得同時計算能力比傳統計算機有極大的提升。但是一直以來最大的問題在于，量子計算機的核心，即用于運算的量子态本身極易受到擾動，使得計算失敗。所以關鍵就在于如何找到一種方法，使得量子系統不受外界因素的擾亂。
使用一種稱之為“量子退火”的技術，能夠找到8個超導流量子位的基态，使之不被熱運動或者噪聲擾亂。既然許多複雜的問題最後都可以歸結為尋找一個相互作用的自旋系統的基态，量子退火則已經有望解決一些形式的複雜問題了。
調整8個量子位，使其排成一列。由于特定方向的自旋會産生特定方向的磁場，讓每一個量子位的自旋和它左右相鄰的兩個保持同一方向（向上或者向下）。把兩端的量子位調整為反向，并允許中間6個量子位根據它們各自相鄰的量子位，重新調整自旋方向。由于外力強制了那兩個量子位自旋反向，這一調整過程最終變成一個“受阻”的鐵磁體陣列。通過向同一方向傾斜量子位并升高能壘，最終使得該系統演化成了一種特殊的受阻自旋陣列即為基态。
量子位可以通過兩種方式改變自旋方向：通過量子力學的隧穿機制，或者通過經典的熱運動。由于加熱會破壞量子位的量子性質，必須使用一種純粹通過隧穿效應使得自旋反轉的方法。使用冷卻系統，直到隧道和熱運動導緻的轉換都已經停止，量子位被“凍結”。通過在不同溫度下重複這一過程，就能夠确定如何隻使用隧道效應完成量子退火。增加自旋的數量，可以使該系統提供一個物理上實際可行的方法來實現一些量子算法。研究人員如今正應對這一挑戰，并計劃将這一過程應用于，諸如機器學習和人工智能之類的領域。
人體傳輸
《星際迷航》中的量子隐形傳輸可以在數秒内完成人體傳輸，但現實理論認為這一過程的發生需要4500萬億年。
到目前為止，關于量子傳輸的研究僅僅停留在理論探索階段，有研究人員表示該技術的掌握是宇宙先進文明的标志，将徹底改變空間旅行的途徑，隻需要量子傳輸就能進行空間旅行，根本不需要龐大而複雜的火箭。《星際迷航》中展示的量子傳輸技術可以應用于人體，從傳輸物品到人體顯然又是一個飛躍。
影片中傳輸人體的時間似乎隻要一瞬，那麼現實中量子傳輸理論從A點到B點需要多長時間呢？來自英國萊斯特大學的一組物理研究小組試圖通過數學工具對其該課題進行探索，其中一名叫做大衛・斯塔基的研究人員稱：根據我們的研究結果，如果完成一次人體瞬間轉移需要的時間可能有點長，但是這種空間旅行方式仍然是可行的。那麼具體的時間大約會是多少呢？一秒鐘？一分鐘？還是一個小時？影片中企業号飛船的量子傳輸通道可以在幾秒鐘之内完成點對點的隐形傳輸，但現實理論計算表明這個時間需要4,500,000,000,000,000年！即4500萬億年！大約是宇宙年齡的350,000倍！
如果說星際迷航中的量子傳輸技術如同極速寬帶，那麼現實理論推導出的量子傳輸則更像撥号上網，實在是太慢了！研究人員進一步假設，如果我們通過技術手段将一個單位的人完成變成數據，那麼整個物理結構将達到2.6乘以10的42次方數量級，我們使用一個29.5至30千兆赫的帶寬，加上350,000倍的宇宙年齡（137億年），從宇宙誕生到如今隻傳輸過一個單位的人。毫無疑問，根據人類當前掌握的量子傳輸理論，依然無法理解這項超級技術，能掌握量子瞬間傳輸技術的物種才可跻身宇宙先進文明行列。
可能證僞
量子糾纏可以用來通訊是常見誤區
1.糾纏态粒子雙方必須在約定好的時間上“同時”測量子在某一方向上的自旋，而這種自旋的狀态存在一種相關性（調整角度，可以達到100%正相關）
所以量子通信不可能達到超光速的信息傳遞
因為自旋的狀态是随機的，比如1,0，-1，如果是完全正相關，在A點測的時候是1，B點也是1.但是A點的測試員不知道他會出現1還是0還是－1，這三個數字是随機的，隻不過AB兩點有超光速的“影響”而已
可以看做是一種糾纏态粒子之間的“加密”信息。。。
而且測量的時間必須是約定好的（如果參考系的運動速度有很大差異，要用狹義相對論修正約定的時間的），也就是說不能用測量間隔做信息傳遞的方式（相隔長時間測量和相隔短時間測量），因為如何測量都是約定好的。
2.首先，你可以制造一個糾纏态，（足夠長的時間後）讓它可以在足夠遠的空間點之上産生關聯，但是一旦測量破壞了這個态（标準量子力學裡這個态的破壞（塌縮）是瞬時傳遍全空間的，我們一般說的利用量子糾纏的超光速就是指這一步），你就不能重新（超光速的）在這兩點之間建立新的糾纏态。
我們要從量子态提取信息，就必須測量，一旦測量，糾纏态就會破壞，因此你如果要保持糾纏态，就不能對它進行測量。假設有一個糾纏态存在，在A進行測量，波函數塌縮了，這時B處的狀态的确發生了變化，但由于它本身并不處在一個測量行為中（否則波函數之前就塌縮了），因此在B處不可能實時得知這個變化，隻有通過打電話之類的經典行為，A處的人至少得告訴B處的人已經做過測量了，B處的人再來進行測量，才有可能能得知A處傳過來的信息具體是什麼。
所以量子通信真正的優勢不是超光速，而是其保密性。理論上信息傳遞過程中是絕對安全的，敵人最多可以破壞通信，但是絕對無法截獲通信内容。
完成過程
一個量子通訊的例子
為了完成一個量子傳輸的過程，你需要準備:
1. 需要被傳輸的量子比特(Qubit).比如一個量子态為|Φ>的光子;
2.一個可以傳輸兩個傳統比特信息的普通信道.，例如無線電；
3.一個可以産生一組EPR糾纏對的裝置例，如通過BBO晶體的光子；
4.一個可以進行貝爾态測量的裝置。
對于光量子通信來說，如果需要把信息從A地傳遞到B地，需要如下步驟：
1.生成一對EPR糾纏的光子對，把它們分别分配到A地和B地。A地我們已經準備好了需要傳輸的光子|Φ>.
2.對A地的兩個光子做貝爾态測量，使A地的兩個光子糾纏并坍塌到四種貝爾态的一種.，此時B地的光子狀态已經改變，而且它不再處于糾纏狀态。
3.用傳統信道告訴B地的工作人員，剛才A地進行的貝爾測量得到的是四種結果中的哪一種。
4.B的工作人員通過得到的信息，對B地的光子做一個正變換，就能得到光子|Φ>的複制版本。
對于傳統的傳輸方式，如果要傳輸光子|Φ>就需要對它進行測量，并傳遞相關參數。 但是對于量子比特，測量必然會導緻波函數坍塌，因此我們無法獲得|Φ>的準确參數，進而就無法完全複制它。
另外,，其實量子傳輸并不能用超過光速的速度傳遞實際信息。雖然B地光子的狀态在A地進行貝爾測量的瞬間被改變了, 但我們還是需要使用貝爾測量的結果變換B的狀态才能得到需要的信息.
理論原理
量子通信的理論原理
首先關于量子的“隐形”信道，其實是處于糾纏狀态下的量子對。一般我們使用比較容易處理的EPR糾纏對(最大糾纏)，此時量子對處于四種貝爾态的一種：
|Φ+> (AB)= (|00> + |11>) / sqrt(2);
|Φ->(AB) = (|00> - |11>) / sqrt(2);
|Ψ+>(AB) = (|01> + |10>) / sqrt(2);
|Ψ->(AB) = (|01> - |10>) / sqrt(2);
或者簡單地說他們狀态“必然一樣”或者“必然相反”，當其中的一個狀态改變的時候， 另外一個狀态也會立即相應地變化. 假設AB處于 |Φ+> (AB)的狀态：
|Φ+>(AB)=(|11> + |00>) / sqrt(2);
假設需要傳輸的量子比特是:
|Φ>(C) = α|0> + β|1> （α，β為複數，且|α|^2 + |β|^2=1);
因為C和EPR對A,B是不相關的， 因此系統整體的狀态是:
|System>= |Φ+> (AB) ⊗ |Φ>(C)
= (|11> (AB)+ |00>(AB)) / sqrt(2)] ⊗ [α|0> (C)+ β|1>(C)]
由于:
|11> = (|Φ+> - |Φ->)/sqrt(2);
|00> = (|Φ+> + |Φ->)/sqrt(2);
|01> = (|Ψ+> + |Ψ->)/sqrt(2);
|10> = (|Ψ+> - |Ψ->)/sqrt(2);
所以, 可以把系統波函數轉換為對于AC糾纏的貝爾基底:
|System> = 0.5( |Φ+>(AC) ⊗ (α|0>(B) + β|1>(B) ) + |Φ->(AC) ⊗ (α|0>(B) - β|1>(B) ) + |Ψ+>(AC) ⊗ (β|0>(B) + α|1>(B) ) + |Ψ->(AC) ⊗ (β|0>(B) - α|1>(B) ))
不難看出系統是以下幾種狀态的線性疊加:
|Φ+>(AC) ⊗ (α|0>(B) + β|1>(B) )
|Φ-> (AC) ⊗ (α|0>(B) - β|1>(B) )
|Ψ+>(AC) ⊗ (β|0>(B) + α|1>(B) )
|Ψ->(AC) ⊗ (β|0>(B) - α|1>(B) )
而且以上每種狀态的幾率幅相等.。所以，當對于AC進行貝爾測量的後，系統會坍塌到以上的一種狀态.
因為我們如果要使B的狀态和C相同，既：α|0>(B) + β|1>(B), 隻要使用對應的泡利矩陣變換就可以了.
所以當對AC的測量結果為|Φ+>(AC)時，B不需要任何變換;
當對AC的測量結果為|Φ->(AC)時，B的變換矩陣是[0 1 / 0 -1];
當對AC的測量結果為|Ψ+>(AC)時，B的變換矩陣是[0 1 / 1 0];
當對AC的測量結果為|Ψ->(AC)時，B的變換矩陣是[0 -1 / 1 0].
于是，量子傳輸就完成了.
