

2017年,物理学家将光子从西藏传送到一个距离地面300多英里(约480公里)的运行中的卫星。这些在太空中跳跃的粒子在地球上唤起了科幻迷们眼花缭乱的遐想:《星际迷航》中的传送器还会远吗?很抱歉泼冷水,但这种名为量子传送的现实技巧,大概永远无法将你的身体从一个地方传送到另一个地方。它本质上是一种超安全的数据传输,而要做到这一点对于构成人类的混乱代码来说极其困难。
光子和微小的原子是我们能够瞬间长距离传输的最复杂的“身体”。同一种粒子——光子、中子、电子——在很大程度上都与其他亚原子同类成员相同。
被称为量子态的构型区分了它们。例如,两个顺时针旋转的光子是相同的。你无法让一个光子瞬时地移动到别处(抱歉,那是魔法),但你可以在另一个地方制造它的复制品。这对传输人来说并不实用,但对于即时、安全的通信非常有价值。
假设我在地球上,想和你——一位宇航员——分享一个秘密。我创建一个乱码——一个没有密钥就无法破译的密码——并用它给你发送一封难以理解的邮件。但如何在不冒着被间谍截获的风险的情况下发送密钥呢?
我首先使用一组光子的状态将其编码为二进制(我可以规定顺时针为1,逆时针为0)。多亏了同一种粒子相互作用时发生的纠缠现象,我可以安全地共享这些数字。如果光子1顺时针旋转,光子2就逆时针旋转。如果一个发生变化,另一个也随之变化——无论它们相距多远。
我可以拆散一对这样的粒子——一个留在我这里,一个以光束的形式传送到你那里——并且知道它们的状态将始终是互补的。这意味着你可以通过测量你自己的粒子来推断我地球粒子上存储的信息。我只需要等待我那半对粒子与第三个光子(我用一个二进制数字编码了它)处于相同状态,然后告诉你检查你自己的粒子。瞬间,它就变成了一个宝贵的通行证。
瞧!你获得了我秘密粒子上隐藏的数字,而从未真正看到它。由于我传送到你那里的光子直到它的纠缠伙伴切换到正确的状态才真正包含密码,因此我们从未冒着在途中将秘密泄露给闯入者的风险。
这种传输在未来十年内可能变得普遍,但这个过程不适合人体传输:一个人包含大约1028个原子。复制所有这些数据需要将身体分解到原子层面(疼痛!),这几乎肯定会导致死亡。然后,你还需要从零开始,用旅程远端的粒子完美地重建它。而且,嘿:那个传真的版本还会是同一个人吗?

也许最好是将传送——及其所有哲学含义——留给科幻故事,并专注于寻找不那么致命的未来旅行方式。
本文最初发表于《大众科学》2019 年春季刊的交通运输专刊。