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喷气背包、飞行汽车、悬浮滑板、高铁——发明家们构思了各种富有创意的出行方式，从科幻小说到科学事实，以实现从A点到B点的移动。但就交通的终极目标而言，没有什么比传送更胜一筹——无需载具，瞬时移动。如果“斯科特，传送我上来”这样的技术受到的关注少于其他交通类的比喻——《科学新知》在1993年11月和2004年9月刊登了简短的解释——这并非因为这个想法不吸引人。令人遗憾的是，几十年来，传送科学并没有太多进展可以报道。然而，自2010年代以来，亚原子层面的新发现正在改变局面：特别是量子传送。
就在本月，2022年诺贝尔物理学奖授予了三位科学家，“以表彰他们在纠缠光子方面的实验”，据负责评选获奖者的瑞典皇家科学院称。获奖者的工作证明了传送是可能的——至少在光子之间（并且在传送内容方面有一些严重的限制）。这些物理学家——Alain Aspect、John Clauser和Anton Zeilinger——在过去几十年里取得了独立的突破。他们的工作成果不仅展示了量子纠缠的运作，还表明了这种神秘的性质如何成为将量子信息从一个光子传送给另一个光子的通道。尽管他们的发现远未达到将机场和火车站变成《星际迷航》式传送器的程度，但它们已开始应用于有前景的领域，包括量子计算、量子网络和量子加密。
“传送是一个非常鼓舞人心的词，”加州理工学院的尚-乙·陈物理学教授、INQNET量子网络项目主任Maria Spiropulu说。“它唤起我们的感官，并暗示着正在发生某种奇特的现象。但在量子传送中，并没有什么奇特的现象发生。”
在20世纪早期，当Max Planck、Albert Einstein、Niels Bohr和Erwin Schrödinger等物理学家正在探讨量子力学时，人们开始清楚地认识到，在亚原子粒子层面，自然似乎拥有自己的隐藏通信渠道，称为量子纠缠。爱因斯坦在1935年发表的一篇论文中科学地描述了这一现象，但他称之为“鬼魅般的超距作用”，因为它似乎违背了物理学的正常规则。当时，它看起来和传送一样奇幻，而“传送”一词最早是在四年前由作家Charles Fort创造的，用来描述UFO和恶作剧等无法解释的奇观。
Spiropulu说：“五十年前，当科学家们开始进行（量子）实验时，它仍然被认为是相当深奥的。” 仿佛是为了向这些科学家致敬，Spiropulu的办公室里挂着一幅纪念物理学家Richard Feynman的画作。Feynman因其费曼图（量子力学的图形解释）而获得了1965年诺贝尔物理学奖。
Spiropulu将量子纠缠比作共享记忆。“一旦你们结婚了，无论你们有多少次离婚，”她解释道，“你们永远是联系在一起的，因为你们一起创造了回忆。” 在亚原子层面，粒子之间的“共享记忆”使得关于量子状态（如原子自旋和光子偏振）的信息可以在遥远的粒子之间瞬时传输。这些信息片段被称为量子比特，或称qubit。经典的数字比特是二元的，意味着它们只能持有0或1的值，而量子比特可以在叠加态中表示0和1之间的任何范围，这意味着它同时存在0和1的某种概率。量子比特能够同时具有无限多的潜在值，这使得它们能够更快地处理信息——而这正是物理学家在利用量子传送的系统中寻找的。
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但是，为了让量子比特作为信息处理器工作，它们需要像经典计算机芯片那样共享信息。这时就轮到了纠缠和传送。通过纠缠亚原子粒子（如光子或电子——即量子比特）然后将它们分开，可以在其中一个粒子上进行操作，从而在其纠缠的孪生粒子中产生瞬时响应。
迄今为止，量子比特分离的最远距离是由中国科学家创下的，他们利用量子纠缠将信息从西藏传送到870英里外的轨道卫星。在地面上，记录仅为数十英里，通过光纤连接和空气（视线激光）传输。
量子比特的奇特行为——无论分离多远，它们似乎仍然在一起——继续让物理学家们感到困惑和惊叹。“这确实看起来很神奇，”Spiropulu承认。“这种效应非常‘哇！’。但一旦你将其分解，那就是工程学了。” 在过去的五年里，量子工程在将量子比特的神秘但可预测的特性应用于实际方面取得了巨大进步。除了谷歌（Google）、IBM（IBM）和微软（Microsoft）等科技巨头在量子计算方面取得的进展外，Spiropulu一直在领导一个由政府和私人资助的项目，以构建一个利用量子传送的量子互联网。
在Spiropulu在加州理工学院的博士后研究员Venkata R. (Raju) Valivarthi和Neil Sinclair的一些指导下，以下是先进的量子传送的工作方式（您可能想系好安全带）：
第一步：纠缠
激光器使用激光器，一束光子穿过特殊的晶体，该晶体可以将光子分裂成对。这束光子现在是纠缠的，这意味着它们共享信息。当一个改变时，另一个也会改变。
第二步：打开量子传送通道
然后，其中一个光子通过光纤电缆（或其他能够传输光线的介质，如空气或太空）被发送到远方。这为传送打开了一个量子通道。远方的光子（上面标记为光子一）成为接收器，而留在后面的光子（标记为光子二）是发射器。这个通道并不一定表示信息流动的方向，因为光子可以通过迂回的方式进行分发。
第三步：准备传送的消息
第三个光子被添加到组合中，并被编码上要传送的信息。这个第三个光子是消息载体。传输的信息类型可以被编码到所谓的光子的属性或状态中，例如其位置、偏振和动量。（如果你将编码的信息看作是0、1及其叠加态，这就是量子比特的用武之地。）
第四步：传送编码的消息
量子物理的一个奇特之处在于，粒子状态或属性（如自旋或位置）在测量之前是未知的。你可以把它想象成骰子。一个骰子最多可以显示六个点数，但直到掷出之前，它的点数都是未知的。测量粒子就像掷骰子，它将锁定一个特定的值。在传送过程中，一旦第三个光子被编码，就会对第二个和第三个光子的属性进行联合测量，这意味着它们的状态同时被测量，并且它们的值被锁定（就像看到一对骰子的值一样）。测量的行为改变了第二个光子的状态，使其与第三个光子的状态匹配。一旦第二个光子改变，远在量子通道另一端的第一个光子就会进入匹配的状态。
现在信息已经传递到了光子一（接收器）上。然而，即使信息已经被传送到了远方，它仍然是编码状态，这意味着它就像一个未掷出的骰子一样是不确定的，直到可以被解码或测量。光子一的测量结果需要与对光子二和三的联合测量结果相匹配。因此，对光子二和三进行的联合测量的结果被记录下来，并发送到光子一的位置，以便能够重复该测量来解锁信息。此时，光子二和三已经消失了，因为测量它们的行为会摧毁它们。光子会被测量它们的物体所吸收，就像我们的眼睛一样。
第五步：完成传送
要解码光子一的状态并完成传送，必须根据联合测量的结果来操纵光子一，也称为旋转它，这就像将光子一和二的骰子以同样的方式掷出一样。这就解码了消息——类似于二进制的1和0如何被翻译成文本或数值。从表面上看，传送似乎是瞬时的，但由于联合测量中的解码指令只能使用光速传输（在这种情况下通过光纤电缆），因此光子只能以光速传输信息。这一点很重要，因为否则传送将违反爱因斯坦的相对论原理，该原理规定没有物体的速度能超过光速——如果超过了，这将导致各种奇异的推论，甚至可能颠覆物理学。现在，光子三（信使）中的编码信息已经从光子二的位置（发射器）传送到了光子一的位置（接收器）并被解码。
呼！量子传送完成。
如今我们使用光来传输数字比特，因此量子传送和量子网络似乎并没有什么固有优势。但区别是巨大的。量子比特可以传输比比特多得多的信息。此外，量子网络更安全，因为任何试图干扰量子纠缠的尝试都会破坏开放的量子通道。
研究人员已经发现了许多不同的方法来纠缠、传输和测量亚原子信息。此外，他们正在从传送关于光子的信息，升级到传送关于更大尺寸粒子（如电子），甚至原子的信息。
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但这仍然只是信息传输，而不是物质——也就是构成人类的东西。虽然最终的梦想可能是人类传送，但我们还没有达到这一点，实际上可能是件好事。
《星际迷航》电视和电影系列不仅普及了传送，还以闪亮的溶解效果和朗朗上口的传送音效使其变得迷人。《变蝇人》则是一部关于传送失败的电影，它描绘了一种更黑暗但可能更符合科学事实的传送图景。这是因为传送实际上是一种转世。传送生命物质是一件非常危险的事情：它需要扫描旅行者在出发点的所有信息，将该信息传输到目标坐标，并在出发点将其解构，同时在到达点重建旅行者——我们不希望出现失控的我们自己的副本。我们也不希望以一个没有生命的我们自己的副本出现。为了使这个过程成功，我们必须带着所有搏动、呼吸、眨动的系统完好无损地到达。在本质上，传送生命体是一个生死攸关的问题。
或者不是。
像史蒂芬·霍金这样的杰出头脑认为，通过量子纠缠通道传送的信息或矢量态不必局限于亚原子粒子的属性。事实上，根据这一理论，整个黑洞的信息量都可以被传送。这变得很奇怪，但通过纠缠两个黑洞并将它们连接起来形成虫洞（时空捷径），进入一个黑洞的信息可能会以全息图的形式从另一个黑洞中出现。根据这种推理，分子、人类甚至整个行星的矢量态都可以理论上传送为全息图。
加州理工学院物理学家Kip Thorne（他因引力波探测而获得2017年诺贝尔物理学奖）可能在1988年就最好地解释了传送和时间旅行的可能性：“人们可以想象一个先进的文明从量子泡沫中提取出一个虫洞，并将其扩大到宏观尺寸。这可能可以通过目前正在开发的用于计算量子隧穿自发虫洞产生的技术来分析。”
就目前而言，Spiropulu仍然专注于量子传送的即时前景。但这看起来不会像《星际迷航》。“‘斯科特，传送我上来？’ 不会有的，”她说。“但是，是的，有很多进展。而且它具有颠覆性。”
