量子態傳輸

量子信息學就是以量子力學為基礎，重新審視主流的計算和通訊理論及其實現技術的嘗試，之所以用嘗試這個詞，是我認為這個學科的建立也還是在向經典信息理論妥協的結果。

今天量子信息學在其智力的觸角能伸到的地方已經取得了一些成果，其中容易理解的是量子比特的概念和隱形傳輸的通信技術，也就是前文的實驗。

在經典信息論中，信息量的基本單位是比特，一個比特代表經典二值系統（0，1）的一個取值的信息量。量子信息學中，基本單位是量子比特或稱為量子位，量子比特是一個雙態量子系統，這裏的雙態指的是兩個線性獨立態。在量子信息中，用作量子位實現的雙態系統就是光子。解釋一下，愛因斯坦是第一個認識到電磁輻射是以量子形式進行的，而且是以量子形式傳播的。

我們掌握了量子比特的概念，其實就獲得了一個更廣闊的物質財富效應，可以實現在比特領域無法想象的操作。

量子隱形傳態技術就是正在新興的通訊領域，利用量子糾纏現象，可以實現不發送任何量子位而把量子位的未知態（即這個態包含的信息）發送出去。這樣的淨結果，就是張三所擁有的“笑態=笑容+滑稽動作+搞笑服裝”，從張三處消失，並經過一個延遲（經典通訊和李四的操作時間），出現在李四那裏。張三位置不動，李四位置也沒有動，動的只是張三擁有的“笑態”，在李四處復活了。這在中國古代學術領域稱為“遁術”。

與小説中稱為“遠距取物”不同的是，這隻能稱為“遠距送物”，時間上送在先，復活在後。特別需要指出的是，上面的解説還受到線性的侷限，理論上可以藉助量子的隱形傳態技術，傳輸任意複雜的量子態，包括這些態的組合。

目前在局域網中，中外科學家10多年前已經實現了包括量子隱形傳態在內的，比如量子密鑰分配等超乎經典信息論可以理解的人間奇蹟。

量子信息學的進展不盡如人意，發展緩慢，主要原因是世界科學界自二戰以後，具有遠見的學術巨擘鳳毛麟角；其次，各國和社會均對此重視不夠，科學淪為經濟的頭飾；再者現在從事這個領域工作的普羅學者天天遊走在經典與量子兩個狀態的邊緣，為了生計只能將就經典信息論，這樣才能有經費支持，有社會名聲。如果搞前瞻性的量子信息這樣的探索行為，在學科內部彼此學術交流都困難，更不用説和現實社會的交流了。

實際上，早在19世紀和20世紀之交時，物理學就完成了從牛頓力學向量子力學的轉型。遺憾的是，這個轉型目前只涉及地球上極少數的個體，而對極多數的人羣而言，世界如故，各國的高考試題全部都在為經典數學和力學唱讚美詩。

不僅在科學領域，藝術方面也是一樣。各國專業的美術教育機構都將素描視作美術的基礎，世界知名的畫家塞尚曾經質疑過這一傳統行為，説我看到的世界是彩色的，為什麼説素描是色彩的基礎？

如果繼承塞尚的探索精神，對物質世界，我們也應該提出以下的質疑：世界的本質是量子的，當今主流的經典規律只是量子規律在宏觀條件下的近似，那麼我們為什麼還為沉睡在比特中而沾沾自喜？

答案只能歸結於全球今天的教育制度，我一直以為，在幼兒園就應該開講非歐幾何、量子理論這些關乎世界本質的發現，而不是進行直線、平面和慣性力學這些人造幻覺的灌輸。

2022年5月6日，從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士及同事彭承志、陳宇翱、印娟等利用“墨子號”量子科學實驗衞星，近期首次實現了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出重要一步。

利用量子隱形傳態實現遠距離量子態傳輸，是構建量子通信網的重要途徑。但在實現過程中，量子糾纏分發的距離和品質會受到信道損耗、消相干等因素影響，如何突破傳輸距離限制，一直是國際量子通信研究的核心問題之一。

中國發射的全球首顆量子科學實驗衞星“墨子號”，為人類探索遠距離量子通信提供了新平台。但受大氣湍流影響，光子在大氣信道中傳播後，實現基於量子干涉的量子態測量非常困難。

近期，潘建偉團隊創新性地將光學一體化粘接技術應用到空間量子通信領域，實現了具有超高穩定性的光干涉儀，無需主動閉環即可長期穩定，克服了遠距離湍流大氣傳輸後的量子光干涉難題。他們結合基於雙光子路徑—偏振混合糾纏態的量子隱形傳態方案，在我國雲南麗江站和青海德令哈地面站之間完成了遠程量子態的傳輸驗證。並且在實驗中對六種典型的量子態進行了驗證，傳送保真度均超越了經典極限。 ^[1]