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幻影移形——超距传送  

2010-01-07 13:46:08|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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       “军事人员进入‘超距传送机’,以光速朝目的地进行传送。”这番话听起来是否似曾相识?那还用说,当然是连续剧《星际迷航》的主人公克里克舰长和配备了超距传送器的“企业”号太空船啦……恭喜你——答错了!上面这句话其实出自美国空军于2004年8月解密的超距传送物理研究报告。一项完全属于科幻世界的发明为五角大楼的未来展望学家们带来灵感,这到底是怎么回事呢?

 

 量子特性

      这其实是量子物理的功劳。事情还得从“超距传送研究元年”——1993年说起……当时,以查尔斯·贝内特(Charles Bennett)、吉尔斯·布拉沙德(Gilles Brassard)和克洛德·克雷波(Claude Crépeau)为首的国际研究组撰文指出“量子超距传送”并非粒子的远距离转移,而是粒子状态的远距离再现,并对这一过程进行了描述,从而为“超距传送”奠定了最初的基础。具体说来,在克里克舰长“以量子方式”从“企业”号太空船传送至遥远星球的过程中,并未发生物质的转移,克里克舰长的身体首先在出发点进行分解,然后在目的地根据传送而来的粒子信息利用目的地的物质进行重组……科学和幻想终于在1993年合二为一!科学明确了《星际迷航》中“企业”号舰载人员所使用的超距传送系统的具体原则。然而,连续剧中显得再也自然不过的事情,在现实当中却远没有那么肯定:如何才能同时获得构成人体的所有粒子的信息?如何能够对粒子信息进行快速传递?粒子信息传递能否在远距离上实现?粒子信息足以让被传送者的躯体在目的地自动重组吗?

      贝内特等人于1993年完成的报告的革命性之处就在于(至少在部分程度上)为这些问题的解答提供了科学依据。而这主要得益于物质的量子特性,也就是说即使没有物质的转移,即使我们不知道传送的是何种粒子状态,一个物质粒子的状态依然可以根据物质的量子特性传递给另一个粒子。

 

 叠加状态

      不过,1993年报告仍局限于理论阶段,超距传送尚需在实践中完成。这一目标于1997年得以实现,由安东·齐林格(Anton Zeilinger)领导的奥地利因斯布鲁克大学研究组完成了首次物理超距传送,将一颗粒子的状态传递给几毫米之外的另一颗粒子。虽然传送的只是一颗光子的偏振特性,但这足以说明超距传送不仅是可能的,而且是确实可以实现的!不过,光线并不属于物质,对于物质粒子也能实现超距传送吗?2004年,印度国家科学技术研究所(NIST)的科研人员对此给出了肯定的回答,他们成功地将一颗铍原子的状态传送到几毫米之外……只不过,原子与大件物品仍有区别,因此虽然如今原子超距传送的距离可以用米来计算(于2009年实现的成就),但并不能说明能对体积更大的物体进行超距传送。2006年,由欧仁·波尔齐克(Eugène Polzik)领导的丹麦哥本哈根尼尔斯·玻尔学院研究组成功地对由10个铯原子构成的气体的状态进行了传送。既然人体也是由原子构成的,我们似乎已经可以预见“克里克舰长呼叫基地,将我传送至阿卡普尔科星!”这一幕实现的那一天。然而问题在于,通过这种技术进行传送的只是“传统物体”(例如茶杯或克里克舰长)所不具备的特殊量子特性。尤其是粒子能够处于“叠加”的量子状态,比方说粒子的自旋可同时指向多个方向。能够以量子方式进行传送的仅仅是有关粒子叠加状态的信息。

 

 等上三百年

      粒子的叠加状态自然不是人体应该拥有的,难道克里克舰长能在向左转的同时也向右转?因此,叠加状态在人类的日常生活中没有任何意义。如果我们要以量子方式对克里克舰长进行传送,首先必须使其进入叠加状态。这不仅是无法做到的,而且会破坏克里克舰长的“传统”结构,使其在传送开始之前就发生崩解。这是因为,使构成传统物体的粒子进入叠加状态意味着使其丢失原有的状态,从而摧毁物体的结构(外形、组织等)。总而言之,量子传送对传统物体并不适用。法国吕米尼理论物理中心的卡洛·罗威利(Carlo Rovelli)表示:“错误之处就在于我们所称的量子传送同《星际迷航》中的传送技术相去甚远。”量子传送技术的革命性更多体现在另一方面,那就是未来的超级机器——能够同时进行海量“叠加”计算的量子计算机很有可能得以问世。

      美国空军感兴趣的人员超距传送应该通过传统途径加以实现。卡洛·罗威利解释说:“其实我们只需通过电话向通话对方描述物体的结构,然后由后者对物体进行复制,就能实现传统物体的超距传送了。”丹麦奥胡斯大学量子物理学家奥雷利安·丹坦(Aurélien Dantan)证实说:“我们需要一个原子接一个原子地对物体进行描述,例如把这颗氧原子放在这颗碳原子旁边……”由此,量子传送必将让位于传统超距传送。

     然而这样一来又有新的问题出现。美国空军2004年报告指出,传统超距传送需要传递(例如通过无线电波)的信息数量太过庞大,以克里克舰长的躯体为例,要对以精确方式构成身体的1028颗原子加以描述,需要传递1022吉字节(Gb)的信息。就现有技术手段而言,传递所需时间将是宇宙年龄的2400倍,并需消耗3亿吨的能源(相当于30000颗原子弹)!尽管如此,美国空军报告仍然预计超距传送技术将在200至300年之后投入实际应用……最后不要忘了在克里克舰长复制传送之后,销毁本尊,以免出现重复!

 

 

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