量子隐形传态的新进展正以前所未有的频率出现。今天，一支欧洲物理学家团队将标准推向了前所未有的高度。在正式报告了跨越近90英里、穿过加那利群岛湍流海洋大气的隐形传态后，物理学家们可能已经准备好迎接迄今为止最艰巨的挑战——尝试将粒子传送到太空。但为什么呢？
因为量子隐形传态，尽管它和天空的蓝色一样复杂，却可能是一种有用且安全的信息传输方式。不幸的是，它不能传输人——星际迷航不是真的。但在2012年，数据以一种无法被黑客攻击、完全加密的形式进行隐形传态，可能比以往任何时候都更接近现实。
周四，《自然》杂志在线提前发表了量子大师安东·蔡林格（Anton Zeilinger）及其在维也纳量子光学与量子信息研究所同事的论文。该团队在拉帕尔马岛和特内里费岛这两个加那利群岛之间，将光子隐形传态了89英里。上个月，同一期刊发表了中国一个团队最新的隐形传态记录，他们完全打破了自己此前的壮举，将光子传态了60英里。这两个团队都在五月的几天内首次报告了这些成就。
但打破纪录掩盖了实际正在发生的事情的复杂性。毕竟，粒子并没有真正、严格意义上地跨越了那么远的距离。
一些光子确实在两个地点之间物理上传输了，但它们只被用作一种准备工具，用来建立物理学家称之为“纠缠资源”，法国帕莱索光学研究所的菲利普·格兰杰（Philippe Grangier）解释道。然后，传递的是描述要隐形传态的实际光子的信息——尤其是它们的偏振以及其他特性。被隐形传态的粒子在一个地方存在，然后它们就出现在了另一个地方。
这是可能的，因为在隐形传态实验中的光子共享着一种密不可分的联系，如此紧密，以至于一个粒子发生什么，另一个粒子也会发生什么，无论它们相距多远。这就是爱因斯坦所说的“幽灵般的超距作用”。让它们纠缠本身就是一项挑战；稍后会详细介绍。格兰杰说，然后隐形传态它们依赖于创建其中一个的远程副本。你可以把它想象成一种传真，但这种传真会销毁原件——并在副本收到时销毁。你必须以某种方式传递信息，而量子纠缠使得这一切成为可能。
你选择的纠缠方法取决于你想隐形传态的粒子类型。例如，如果你想隐形传态带电原子，你会使用纠缠的离子。对于光子，你会纠缠偏振光子。或者，它可能是一种量子化的光状态，诺里尤基·李（Noriyuki Lee）及其同事去年就实现了这一点。后者是一种极其复杂的场景，你正在隐形传态一小束同时处于两种量子态的光子。（这被称为量子叠加，最好用薛定谔的猫的例子来描述——一旦被放入一个理论的箱子里，它既是死的又是活的，直到你打开箱子检查它，然后它才只有一种状态。）无论主题是什么，你都必须首先纠缠一些粒子，将它们的命运交织在一起，这样无论发生什么，它们都会共享相同的结果。
这种纠缠可以通过多种方式发生，随着每一项新研究的深入，其细节和复杂性也在不断增加。但更重要的是，纠缠的光子不能受到干扰，以免在你的隐形传态时间到来之前，它们的纠缠就被打断。当隐形传态跨越数十或数百英里时，这很难做到——雨、云、沙子甚至风都可能干扰光的传输。
“真实的远距离环境为当前的隐形传态实验带来了一些
挑战。蔡林格及其同事写道，这些挑战最显著的后果是需要处理在使用标准技术时极低的信噪比。
“对于普通物体来说，纠缠资源的复杂性变得难以置信且无法管理，它会瞬间被摧毁。”在加那利群岛的实验中，蔡林格及其同事使用了两个光学链路，一个经典链路和一个量子链路，横跨拉帕尔马岛和特内里费岛。他们想在两个站点之间隐形传态光子的偏振，在信息传输实验中，这两个站点通常被引用为字母“Alice”和“Bob”。
经典链路使两个光子得以发送，一个发送给Alice，一个发送给Bob，以创建纠缠资源。简单来说，光子是用蓝宝石激光产生的，并通过光纤电缆传输到A和B。量子链路使Alice和Bob能够共享这些光子的偏振信息，这些光子被称为光子2和光子3（光子1稍后出现）。Alice拥有光子2，Bob拥有光子3——这就是“纠缠资源”。然后第三方“Charlie”介入，输入光子1。这个新光子的偏振信息对Alice或Bob来说都是未知的。然后Alice必须进行一次所谓的贝尔态测量，其结果将决定所有光子的命运。
格兰杰说：“测量的结果会破坏初始系统。你从这次测量中得到的是一个结果，一个数字结果。”“然后你将这个结果发送到另一边，在那里你想重建你的新系统。”
Alice对光子1的测量决定了Bob的光子将如何被转换。Alice使用那个经典的光子中继通道将她的测量结果发送给Bob。当Bob收到信息后，他可以执行由Alice对光子1的测量结果决定的光子转换，然后，瞧——Bob就拥有了光子3，但现在它的状态与新输入的那个光子1完全相同。这是一个完美的复制品。
这种测量信息的转发被称为主动前馈，也是Lee等人去年在光包薛定谔猫实验中使用的技术。格兰杰说，这种技术以前从未在如此大的规模上实现过。加那利群岛团队的另一个新突破是同步了Alice和Bob两地的时钟，这提高了他们测量的准确性。
格兰杰说：“最独特之处在于所有这一切的结合，即极远距离的前馈和高质量的传输。”
所有这些量子混乱的意义何在？格兰杰解释说：安全通信。以一种特定的、可测量的状态隐形传态光子，只有在进行适当的转换测量后才能接收到——这就是良好的安全性。证明它可以在跨越海洋的距离上以高保真度完成，也是一项了不起的成就。蔡林格及其同事表示，这项研究为未来的地对卫星量子中继和加密数据传输带来了希望。
该团队表示，这里达到的距离实际上比连接地球和卫星所需的距离更具挑战性。“我们的实验代表了通往未来太空量子网络的重要一步，这需要空间到地面的量子通信，”他们写道。“两个实验中采用的技术肯定已经达到了卫星和长距离地面通信所需的成熟度。”
唯一的困难是，这只在非常仔细控制的量子系统内部才有效。例如，量子隐形传态可能作为量子计算机内部的“布线”元件。但它不能用于物理对象。
格兰杰说，要想把一个人传送到飞船上，你必须创建一个合适的——但难以想象的——纠缠资源，也就是第二个“人”。然后你必须销毁被隐形传态生物的原始自我。
他说：“隐形传态光子和离子是很有可能的，也许在非常仔细控制的量子计算机中可以隐形传态很多光子和离子。但除此之外，资源的复杂性和它对退相干的敏感性使其完全不可能。”
“对于普通的宏观物体来说，纠缠资源的复杂性变得难以置信且无法管理，并且会立即被退相干所摧毁。”
