“Beam me up”是《星際迷航》系列中最著名的臺詞之一。當主人公希望從所處位置被傳送回企業(yè)號時，就會這樣呼叫母艦。

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。

去年，科學家證實，即使沒有物理接觸的光子，信息也可以在計算機芯片上的光子之間傳遞。

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

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

遠距離奇異作用

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，一個粒子的性質會影響另一個粒子的性質，即使粒子之間相距很遠也是如此。 量子隱形傳態(tài)涉及兩個相距遙遠的糾纏粒子，第三個粒子和一個糾纏粒子交換信息，使得自身的信息被“傳送”給遠處的另一個糾纏粒子。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，但是只要我們試圖去讀取這些信息，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)是量子計算中傳輸信息的重要手段。雖然典型的計算機由數十億個稱為位的晶體管組成，但量子計算機將信息編碼為量子位qubit。一個位的取值為“0”或“1”，但量子位可以同時為“0”和“1”。單個量子位同時占據多個狀態(tài)的能力是量子計算機巨大潛力的根基。

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

尼科爾說：“單個電子是有前途的量子位，因為它們彼此之間非常容易相互作用，并且半導體中的單電子量子位也是可擴展的?！?/p>

糾纏的電子對

為了證明可使用電子進行量子隱形傳態(tài)，研究人員利用了基于海森堡交換耦合原理的最新技術。單個電子就像條形磁鐵，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，則它們不能同時占據同一位置。即，處于相同量子態(tài)的兩個電子不能彼此重疊。

研究人員使用該技術分配糾纏的電子對并傳送其自旋態(tài)。

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

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

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