人類發(fā)明了多種交通工具，力圖克服空間的障礙，卻仍然無法滿足需求……還有沒有更快捷的辦法移動我們沉重的肉身？
追求高速，當然不能止步——在浩瀚的宇宙中，哪怕用光速飛行都會耗時彌久。
怎樣才能更快地位移呢？比光速更快的，只有思想了……思想比光速更快，只是一種比喻啦。不過我們?nèi)祟惖南胂罅φ娴暮軓姶螅〔簧倏茖W技術，最初就來自于一個幻想。但是，在這個話題上，我們碰到的是物理學的玻璃天花板。
很多科幻小說和科幻電影都描述了“瞬間移動”。電影《心靈傳輸者》的主人公神奇地具備這一能力，只要他想象出目的地，就能瞬移到那里。
電影《X戰(zhàn)警》、美劇《英雄》中，都有這樣“逆天”超能力者?？赡苊總€在交通高峰期以各種受難的姿勢擠在超載車廂里的人，心里都會冒出這樣的念頭吧。
瞬間移動，速度無窮大，秒殺世間任何物理規(guī)則——多美妙啊。不過，這么神奇的事情，當然不可能發(fā)生啦。導演自己也明白，所以根本就沒打算說明為啥主人公就具有這種蓋世神功。死心吧，那不科學！
心靈瞬移不可能，那發(fā)明小叮當?shù)娜缫忾T怎么樣？這么Q的名字，簡直太丟智慧生物的臉了，那叫“時空門”！《變形金剛》和《復仇者聯(lián)盟》里，復仇者都召喚出了時空門，把自己的小弟拉來幫忙打群架。
將宏觀物體加速到接近光速很困難，
物理學家們不是有辦法可以將微觀粒子加速到接近光速嗎？能否從這個角度動點手腳呢？
在著名的系列科幻影視作品《星際迷航（Star Trek）》中，描述了這樣一種傳輸方式：當飛船上的乘客想進入其他飛船，或者在星球上著陸時，他們會進入飛船內(nèi)部的傳輸控制室。
隨著操作人員的一句“Energize”，乘客的身體被逐漸分解為一堆閃爍的粒子，從控制室中消失；幾乎與此同時，在乘客目的地，一個相同的粒子團出現(xiàn)，逐漸穩(wěn)定成形，最后完整地復原出乘客來。從電影畫面來看，這個“分解-復合”過程只花費了短短幾秒鐘。
除《星際迷航》外，電影《宇宙通緝令》中也有類似的設想，在這些影片中，被傳輸?shù)娜撕拓浳锵仁潜环纸獬蓴?shù)量眾多的微觀粒子，它們被加速到接近光速，并定向發(fā)送到目的地，重新組合出來。
這種方式非常接近科幻小說的鼻祖瑪麗·雪萊夫人的《弗蘭肯斯坦》：將人碎尸萬段，然后采用技術手段重新拼接出來——不過那成品的樣子，相當?shù)夭幻烙^。
其實，從物理上來說，沒必要把組成人的粒子直接傳輸過去。我們都知道，在宇宙中任何地方，同一類型的基本粒子彼此間是完全相同的，仙女座星云的電子和地球上的電子沒有區(qū)別。
因此，只要我們能夠把組成生命體的那些基本粒子在某一時刻所具有的狀態(tài)測量清楚，就可以采用大功率天線等傳統(tǒng)方式，將這些狀態(tài)信息以電磁波的形式光速向目的地傳輸；目的地接收到信號后，可采用當?shù)叵嗤幕玖Ｗ?，根?jù)這些信息進行重新組合，“生產(chǎn)出”被傳輸?shù)某丝?。整個過程中根本不需要將實物粒子進行傳輸和接收，系統(tǒng)的復雜程度和所消耗的能源將大幅減少。
只要我們先發(fā)射出搭載著傳輸器的無人飛船，抵達目的地之后開啟傳輸器，無數(shù)的人員和裝備就可以源源不斷地以光速運輸過去。對于星際旅行來說，這一技術是人類這樣嬌弱的生命形式穿越嚴酷的星際環(huán)境、跨越近乎無限的時空尺度的理想手段。
這個技術與3D打印有點相似。3D打印只對物體的形狀和結構進行三維建模；而在這里，我們需對待傳輸?shù)娜梭w徹底地分解和建模，再異地進行完整打印。從復制和重建的角度來說，這種物理建模和3D打印，比生物學上的克隆更加本質(zhì)和純粹。
有了這種建模，只要樂意，你可以克隆出任意多個克隆體來，不過這會帶來一些頗為有趣的自我認知問題——在施瓦辛格的經(jīng)典影片《第六日》中，克隆人和母本都認為自己才是真的。
那么，這種將生命分解為基本粒子，并在異地完整再現(xiàn)的裝置，
在物理上能否實現(xiàn)？
要把一個人通過這種方式運送出去，難度當真不小。首先遇到的一個問題是：我們需要對人體測量到什么精度？
普通3D打印中，要復制一個樣品，只需測量樣品的幾何信息，觀測越細致，復制品所達到的精度越高。生物學上的克隆，是復制人的基因，能重現(xiàn)出與樣品幾乎相同的生物特征。而物理學上對生命的復制則是真正的復制，是全方位的：不僅復制軀體，還包括記憶、意識和情感等重要生命特征。
問題是，我們尚不清楚生命的奧秘。比如，意識的物理學起源——究竟在什么物質(zhì)層次上產(chǎn)生了人的意識和諸多其他深層功能？是細胞，還是分子、原子層次？今天，這類問題還未獲得真正的解答，在這里，我們暫且從原子的層次來考察生命的復制。
我們且估計一下人體原子所包含的信息吧。精確描述一個原子，需要記錄原子的位置、種類、原子之間的關系、它所處的振蕩狀態(tài)、能量水平等信息。這些信息，即使測量精度不高，也需要大約1000字節(jié)來描述。人體由大量原子構成，描述其所有原子的信息，需要大約10^31個字節(jié)。
這個數(shù)量有多大呢？目前地球上全部圖書所包含的信息約為10^15字節(jié)，約為上述信息的10^16分之一；倘若采用超大容量的100TB硬盤來存儲這些信息，約需10^17張硬盤；平鋪起來，這些硬盤可以蓋滿整個地球表面！
即使不考慮上述技術問題，如何才能同時對海量原子的狀態(tài)進行測量？在原子尺度，支配性的物理規(guī)律是量子力學，它的一個基本原理是“海森堡測不準原理”：不可能同時精確測量出物體的所有物理量，測量某些物理量時會對體系帶來干擾，使另一些物理量發(fā)生改變。如果我們想以極高的精度測量出一個粒子的準確位置，那么所有關于它的速度的信息就會丟掉，反之也如此。
由于每次測量之后，系統(tǒng)的狀態(tài)都會發(fā)生變化，因此，有意義的測量必需是“一錘定音”的，你必須一下子把所有物理量都測量出來，而這違反了測不準原理?？赡苣銜?，能否先把物體完美地復制下來呢？這樣，只需每次測量其中的部分信息，最后再把所有信息匯總。為了對付你這一招，量子力學提前為你準備了“量子不可克隆原理”：你不可能把一個量子體系精確地復制出來。
以上這些攔路原理，《星際迷航》的編劇們心知肚明，為了回避這一問題，他們干脆在影片中設定了一臺“海森堡補償器”，至于這臺驚天地泣鬼神的補償器到底是如何克服量子力學基本原理的，編劇們表示壓力很大，拒絕透露。
這么說來，遠距離傳送真的不可能了嗎？如果復制生命，需要嚴格依賴于對生命微觀結果的完整信息的了解，那么它是不可能的。
不過，正如我們所知，微觀狀態(tài)的稍微改變，未必會影響到生命的本質(zhì)特征，比如頭上缺少幾根毛發(fā)，指甲長度增加幾納米，對生命的復制未必會有太大的影響。
當然，如果改變程度太大——科幻小說《蠅人》中的主人公就悲劇了：他將自身進行分解時，不小心把掉進分解器中的蒼蠅也分解掉，原子重新組合時，發(fā)生了建模上的錯誤，人和蒼蠅的信息混在了一起，他成了半人半蒼蠅的怪物。
那么，這種模糊性到底在多大程度上是可行的？目前，沒有任何量子力學測量理論成熟到能準確回答這一問題。在簡單意義上以極高的精度來復制生命，從原則上來說是做不到的。
但是，如果不試圖去測量出物體的所有信息，反倒可以在異地重現(xiàn)該物體所具有的信息來，從而實現(xiàn)對信息甚至物質(zhì)的遠距傳輸。這項工作不僅理論上可行，技術上也正在逐步成熟。
實際上，全世界不少實驗室正在競爭，爭相將更復雜的物體——比如光子和原子等，在更遠的距離上傳輸。多位華人物理學家——比如中國科技大學潘建偉教授等學者還是這一領域中的佼佼者。這項工作，叫做量子隱形傳態(tài)（Teleportation）。
這一切依據(jù)的也是量子力學理論。在量子力學中，微觀粒子有一個奇特的特征，它們總是嘗試所有可能的途徑，試圖同時處于所有的狀態(tài)。
看看下圖的電子雙縫干涉實驗吧：經(jīng)典的粒子（如一顆子彈）通過狹縫時，總是會挑選A、B兩縫中的一條；電子則不同，它會同時處于兩條狹縫中。
經(jīng)典世界中，一個單色球要么是紅色，要么是綠色；而一個量子球卻可能同時處于紅色和綠色狀態(tài)，就像是50%的紅色和50%的綠色的混合。
微觀物質(zhì)也不會局限在時空某一個特定位置，它會嘗試同時處于宇宙中任一處，像波一樣彌散在整個空間，這就是物質(zhì)波。有些人很難忍受量子力學的這些特性，于是他們把微觀世界這些似乎是矛盾的狀態(tài)放大到宏觀尺度，提出了著名的薛定諤貓假設：把貓和一個會隨機釋放出毒藥的裝置關在一起，讓貓?zhí)幵诩确巧?、亦非死的狀態(tài)中。
只有當我們?nèi)ビ^察它時，才會從糾纏在一起的各種不同的可能性中產(chǎn)生出一個獨一無二的現(xiàn)實。你無法事先說出貓是死是活，只能判斷貓兒死或活的概率。薛定諤貓是對量子疊加的一種哲學思考，一問世就讓當時所有的物理學大腕們“半死不活”。
在量子力學的世界中，一個單獨的粒子可能同時出現(xiàn)在兩個地點上，或者說——兩個分離的粒子實際上是同一個粒子，我們稱這對分離的粒子處于糾纏態(tài)。一對互相糾纏的紅綠色球，當一個為紅色，另一個必然是綠色。這種糾纏關系是超越時空的，即使另外一個球在仙女座星云中，這種關系還是牢不可破。
在無人去觀測之前，兩個球處于顏色糾纏的狀態(tài)中，你不知道其中一個球到底是綠色還是紅色；當你去測定一個球的顏色時，其顏色可以被測量出來（如為紅色）；于此同時，另一個球馬上也失去了糾纏態(tài)：你立刻就知道它是綠色的，哪怕它位于很多萬光年之外。這種神秘的糾纏，給二十世紀后期的物理學界帶來很多亮色。
那么，量子的糾纏態(tài)與物質(zhì)傳送有什么關系？
真的傳送過去了嗎？
《星際迷航》系列作品問世20多年后的1993年，本奈特（C.H.Bennett）等物理學家提出了一個量子隱形傳態(tài)方案，可以將地球上粒子1的信息傳遞給仙女座星云上的粒子3。
具體方法是利用量子糾纏態(tài)：我們先制作出一對處于糾纏態(tài)的粒子2和3，把2留在地球上，把粒子3發(fā)送到仙女座星云中。我們可以對地球上的粒子1和2做一次聯(lián)合測量，測量過程中我們會得到粒子1的部分信息——比如說1和2的自旋狀態(tài)是相同的。這種可以直接測量出來的信息叫做經(jīng)典信息。此外粒子1還有一些信息沒法直接測量出來，這些信息叫做量子信息。
量子信息雖然沒有直接被測量出來，但它們在你進行測量時會影響粒子2的狀態(tài)。由于粒子2和3是糾纏的，粒子3馬上也會受到一些特定影響，所以粒子1的量子信息其實在瞬間就到達仙女座星云了。
不過，由于這些信息并不完備，要把全部信息傳遞到仙女座星云，你還需要采用經(jīng)典方式——比如通過高功率天線發(fā)射無線電信號，將你在地球上測量所獲知的經(jīng)典信息也傳遞過去，之后，仙女座的物理學家才會獲知地球上粒子1的完整信息。根據(jù)這些信息對粒子3進行調(diào)整，就可以在粒子3上完整再現(xiàn)出粒子1的全部信息——相當于粒子1的狀態(tài)被轉(zhuǎn)移到粒子3上去了。
采用一些稍微復雜的方法，還可以將地球上粒子1的全部信息調(diào)制在仙女座星云原來的粒子4上，如果粒子4的所有信息都與粒子1一樣，這就相當于把粒子1復制到粒子4上了。遺憾的是，和很多電影描繪的一樣，所有這些方案中，地球上被傳遞的粒子的原初狀態(tài)在測量階段中就已經(jīng)被摧毀了。
任何設定了傳送門的電影都必需考慮這樣一個問題：你要把貨物傳送到某一目的地，你先得跑到當?shù)厝ソㄔ爝@樣一個門。量子隱形傳態(tài)也有同樣的麻煩：你必須先制造出大量處于糾纏狀態(tài)的粒子對，把它們相互分開，一部分留在地球上備用，一部分用運送或者發(fā)送到傳輸目的地，供后來傳輸時使用；此外，你肯定還需要用傳統(tǒng)飛船把經(jīng)典信息接收裝置和信號調(diào)制裝置也運送到目的地去。
利用量子糾纏來傳遞信息，并未違反狹義相對論。雖然量子信息的傳遞是瞬時的，但我們還需要傳遞經(jīng)典信息，即使采用速度最快的電磁波來傳遞，經(jīng)典信息的傳遞速度也只等于光速。這樣一來，量子隱形傳態(tài)過程中，粒子態(tài)的傳輸、粒子的遠距“復制”也就不可能是超過光速的了。
如果你覺得這不太好理解，不妨想想這個例子：目前“旅行者1號”離地球約16光時，假設你在1977年離開懷孕的妻子隨船出發(fā)，30年后，當你在地球的孫女出生的瞬間，你和孫女之間就存在著一種超越時空的糾纏關系，你實質(zhì)上在那一刻就升級為爺爺了（相當于量子信息的傳遞）。
不過，在地球通訊聯(lián)系到你之前的16小時內(nèi)，你并不知道自己已經(jīng)成為爺爺了；只有當16小時后，你接到地球發(fā)來的無線電報（經(jīng)典信息）時，你才知道這一點，你的行為才與你升級成爺爺這一事實發(fā)生關系。
1997年，奧地利的蔡林格(Anton Zeilinger)研究組首次在實驗上成功實現(xiàn)了量子隱形傳送。
2007年開始，以蔡林格的學生潘建偉等為研究主體的中科大、北大聯(lián)合研究小組在北京架設了長達16公里的自由空間量子信道，最終在2009年成功實現(xiàn)了當時世界上最遠距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性。接下來，科學家希望傳送更加復雜、更大尺度的量子態(tài)，并擴展到更遠的距離。
那么，量子隱形傳態(tài)可以傳送人體么？這個問題同樣沒有足夠成熟的答案，比如，我們不清楚什么樣的糾纏粒子能夠同時發(fā)送人身體上大約1031字節(jié)的量子信息。在今天，我們只能傳送最多6個比特的量子信息；而即使極小極小的外在影響也足以摧毀粒子的糾纏，后果很難預計……
撰文/肖能超
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