物理学家如何将信息量子传送至 62 英里之外

心灵传送并不真实，至少不像小说中描述的那样。没有人能让一个物体——无论是哈利·波特还是柯克船长——从一个地方消失，然后重新出现在另一个地方。但信息……那是另一回事。

本周，科学家创造了量子隐形传态距离的新纪录，在超过 62 英里（100 公里）长的光纤末端，将信息从一个光粒子瞬间发送到另一个粒子。量子信息从一个粒子移动到另一个粒子，而实际上并没有穿过它们之间的空间。（在这种情况下，光纤只是用来将两个粒子保持得很远。）

这项技术由日本一家电信公司的研究人员开发，可以加强保护信息免遭黑客攻击的努力。它可以作为中继站（称为量子中继器）的基础，当它们连接在一起时，可以安全地远距离传输数据。

“人们看到的这种东西的首批应用之一就是某种安全通信链路，”美国科罗拉多州博尔德市国家标准与技术研究所的电子工程师 Martin Stevens 说，他也是 Hiroki Takesue 团队成员，该研究成果发表在 10 月份的Optica杂志上。

虽然这一切听起来很神奇，但远距离粒子之间的远程传送以前也曾实现过。目前的距离记录是 88 英里，由维也纳的一个团队创造，他们在夜间利用两座加那利群岛之间的激光实现了远程传送。

天空中的光束可能对卫星的量子通信有用。但它们对于地面上的日常使用来说并不实用，因为以这种方式发送信息需要清晰的视线。

史蒂文斯说：“如果有什么东西挡住了光线，比如一栋建筑，那就有问题了。在城市这样的环境中，使用埋在地下的光纤要方便得多。”

事实证明，在光纤中建立光粒子之间的长距离连接非常困难，因为光在光纤中传播时容易被吸收。去年，瑞士的一个团队实现了 15 英里的远距离传送，创下了纪录。

为了打破这一纪录，Takesue 的团队从相互之间存在幽灵般量子联系的粒子对开始。这些粒子之间已经纠缠在一起，这意味着无论它们之间的距离有多远，一个粒子上发生的事情可以立即改变另一个粒子的行为。即使在研究人员将其中一个粒子送入 62 英里长的卷轴光纤后，这种幽灵般的关系仍然完好无损。

随后，研究人员将来自以稳定节奏脉冲的激光的第三粒子添加到混合物中。研究人员用一段二进制数据对其进行了编码。类似于当今计算机中存储在一个比特中的 1 或 0，脉冲可以与激光的节拍完全同步，也可以延迟万亿分之一秒。

然后，该数据粒子与其中一个纠缠粒子（未沿光纤传播的粒子）相遇。由于粒子混合在一起，数据有时会传输。四分之一的时间里，数据粒子和它的新朋友最终处于相反的状态：一个准时，一个延迟。当这种情况发生时，光纤远处的纠缠粒子会立即采用其伙伴的状态，即与数据粒子相反的状态。

这部分传输是即时的。但要读取远处粒子的状态，需要以光速发送额外的信息，这就限制了使用远距传送发送信息的速度。

作为一项原理验证实验，这项研究在投入实际应用之前还有许多技术障碍需要解决。首先，它只有在探测器温度仅比绝对零度高出 1 度（比冥王星表面温度还低）时才能发挥作用。这就需要笨重而昂贵的冰箱。

多伦多大学量子物理学家埃弗拉伊姆·斯坦伯格 (Aephraim Steinberg) 表示：“心灵传物是量子信息领域最热门的术语之一，但我们尚未达到立即看到其应用的阶段。”他并未参与这项新研究。

但斯坦伯格和其他关注此项实验以及世界各地类似实验的研究人员希望，它们将带来一种新的交流方式，甚至可能带来互联网的量子版本。