量子隱形傳態(quantum teleportation)是提高量子計算效能的關鍵一步。
“傳送我(Beam me up)”是《星際迷航》系列最著名的口頭語之一，這是當一個角色想要從一個遙遠的地方傳送回企業號星艦時所發出的命令。
雖然人類的瞬間移動還只存在於科幻小說當中，但在量子力學的亞原子世界中，瞬間移動是可能的——只不過不是電視上的那種典型描述方式。在量子世界中，瞬間移動涉及到的是資訊的傳輸，而不是物質的傳輸。
科學家在去年已經證實，即使在沒有物理連線的情況下，計算機晶片上的光子之間也可以傳遞資訊。
而現在，根據羅切斯特大學和普渡大學的一項新研究，電子間的遠距離傳輸或許也可以成為現實。
《自然通訊》(Nature Communications)上的一篇論文，以及即將發表在《物理評論X》(Physical Review X)上的一篇論文中，包括羅切斯特大學物理學助理教授約翰•尼科爾(John Nichol)和羅切斯特大學物理學教授安德魯•喬丹(Andrew Jordan)在內的研究人員探索了在遠距離電子間創造量子力學相互作用的新方法。這項研究是改進量子計算的關鍵一步，而量子計算透過提供更快、更高效的處理器和感測器，有可能徹底改變科學技術、醫學和科學。
“鬼魅般的超距作用”
量子隱形傳態證明了阿爾伯特·愛因斯坦著名的“鬼魅般的超距作用(spooky action at a distance)”，也被稱為量子糾纏。在量子糾纏中，即使兩個粒子相距很遠，一個粒子的性質會影響另一個粒子的性質。量子隱形傳態涉及兩個相隔遙遠的，相互糾纏的粒子，其中一顆個粒子的狀態會立即將其狀態“傳送”給另一顆糾纏的粒子。
量子隱形傳態是量子計算中傳輸資訊的重要手段。一臺典型的計算機由數十億個被稱為位元的電晶體組成，而量子計算機會用量子位元(或量子位)來編碼資訊。位元只有一個二進位制值，可以是“0”或“1”，但量子位可以同時是“0”和“1”。單個量子位元同時擁有多個狀態的能力是量子計算機巨大潛力的基礎。
最近，科學家透過使用電磁光子製造了遠端糾纏的量子位元，證明了量子隱形傳態。
由單個電子製成的量子位元在半導體中傳輸資訊也很有前景。
Nichol說:“單個電子是很有前途的量子位元，因為它們很容易相互作用，而且半導體中的單個電子量子位元也是可擴充套件的。能夠在遠距離電子之間可靠地創造相互作用是量子計算的關鍵。”
然而，要製造跨越長距離的糾纏電子量子位元(這是遠端傳態所必需的)已經被證明具有挑戰性:雖然光子可以自然地長距離傳播，但電子通常會被限制在一個地方。
糾纏電子對
為了使用電子演示量子隱形傳態，研究人員利用了一項基於海森堡交換耦合原理的新技術。單個電子就像一個帶北極和南極的條形磁鐵，可以向上或向下指。兩極的方向——比如北極是向上還是向下——被稱為電子的磁矩或量子自旋狀態。如果某些粒子具有相同的磁矩，它們就不可能在同一時間出現在同一地點。也就是說，兩個處於相同量子態的電子不能相互疊加。如果它們這樣做了，它們的狀態就會隨著時間來回交換。
研究人員使用這種技術來分配糾纏電子對並傳送它們的自旋狀態。
Nichol說:“我們為‘糾纏交換(entanglement swapping)’和‘量子門隱形傳態(quantum gate teleportation)’提供了證據。在‘糾纏交換’中，我們在粒子從來沒有相互作用的情況下，在兩個電子之間製造了糾纏。而‘量子門隱形傳態’則是利用隱形傳態的潛在量子計算技術。我們的研究表明，即使沒有光子，這也可以做到。”
這一研究結果為未來涉及所有物質(不僅僅是光子)自旋態的量子瞬間移動研究鋪平了道路，併為量子位元半導體中單個電子的驚人潛力提供了更多證據。
【翻譯/前瞻經濟學人APP資訊組】
參考資料:https://scitechdaily.com/teleportation-is-indeed-possible-at-least-in-the-quantum-world/