盡管許多科幻作品都有描繪將人物“即時傳送”到另一處的場景，但這種設(shè)想迄今仍是個天方夜譚。不過從 2022 年 5 月 25 日發(fā)表于《自然》雜志上的一項新研究來看，我們似乎距離數(shù)據(jù)的即時傳送又近了一步。具體說來是，科學(xué)家們創(chuàng)造了一套被稱作“量子比特隱形傳態(tài)”的數(shù)據(jù)傳輸方法。
視頻截圖（via QuTech）
荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的一支物理學(xué)家團隊解釋稱，這項研究突破將允許數(shù)據(jù)自由流動，而無需通過導(dǎo)電銅纜或光纖等介質(zhì)。
盡管多家科技巨頭都在尋求實現(xiàn)量子計算機的“量子霸權(quán)”，但在缺乏“量子互聯(lián)網(wǎng)”加持的情況下，其應(yīng)用場景仍相當(dāng)受限。
傳統(tǒng)計算機采用的二進制（binary），其布爾數(shù)值只能是“0”或“1”（bit），而一個量子比特（qubit）可同時具有疊加態(tài)。
From Alice to Charlie the next step for the quantum internet – QuTech（via）
言歸正傳，代爾夫特理工大學(xué)團隊嘗試了在三個節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)（此前只能在兩點之間）。
通過這項實驗，科學(xué)家們驗證了可在多個站點之間實現(xiàn)量子比特的“隱形傳態(tài)”。
研究領(lǐng)隊、該校物理學(xué)家 Ronald Hanson 表示：“目前我們正在實驗室中搭建小型量子網(wǎng)絡(luò)，但最終設(shè)想是建立起一套功能完整的量子互聯(lián)網(wǎng)”。
研究配圖 – 1：非相鄰節(jié)點之間的量子比特傳態(tài)
同在探索量子隱形傳態(tài)、來自因斯布魯克大學(xué)實驗物理研究所的 Tracy Eleanor Northup 指出：
以 Google 為例，現(xiàn)如今的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器會知道你想在它的服務(wù)器上運行些什么。但量子計算機能夠在解決相關(guān)問題的同時，而不涉及這方面的機密。
至于量子計算機運行所需的量子比特，則是利用了粒子在極?。ㄈ?span id="ztrz7hz" class="wpcom_tag_link">電子 / 輕粒子）、或接近絕對零度時的表現(xiàn)出來的奇怪行為方式。
研究配圖 -2：高保真糾纏網(wǎng)絡(luò)鏈接
展望未來，研究人員預(yù)計量子計算機可加速新藥研發(fā)、推動人工智能技術(shù)發(fā)展、甚至被用于創(chuàng)造更安全的加密技術(shù)。
由于量子通訊的任何節(jié)點之間都無需導(dǎo)電介質(zhì)，即使在連接存在高損耗的情況下，量子互聯(lián)網(wǎng)仍可在節(jié)點間實現(xiàn)可靠的傳輸、而不會丟失任何實際數(shù)據(jù)。
其利用了被稱作“糾纏”的量子特性 —— 當(dāng)其中一套量子系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時，與之糾纏的另一個也會在相距無論多遠的情況下發(fā)生對應(yīng)的變化。
研究配圖 – 3：內(nèi)存量子比特的相干性和讀數(shù)
值得一提的是，Hanson 博士及其團隊使用了氮空位系統(tǒng)（Nitrogen Vacancy System），以通過合成鉆石中的一個很小空間來捕獲電子。
研究團隊總共打造了三套這樣的系統(tǒng)，并分別將之命名為 Alice、Bob 和 Charlie 。
實驗期間，他們先向 Alice 和 Bob 發(fā)送了單個光子（光粒子），以糾纏屬于它們的兩個電子（都被賦予了相同的自旋）。
三套裝置之一的 Alice 特寫（圖自：Marieke de Lorijn / QuTech）
接著研究人員將電子狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 Bob 合成鉆石內(nèi)的碳核，通過釋放 Bob 的電子來實現(xiàn)與 Charlie 的糾纏。
經(jīng)由這樣的一套量子流程，研究人員得以將 Alice、Bob 和 Charlie 兩兩糾纏到一起，從而化解了無法在兩個非相鄰節(jié)點間實現(xiàn)量子數(shù)據(jù)的傳態(tài)難題。
研究配圖 – 4：非相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的量子比特隱形傳態(tài)
綜上所述，這套方法使得數(shù)據(jù)能夠直接從 Alice 傳遞到 Charlie，因為它們現(xiàn)在也出于相互糾纏的狀態(tài)。
當(dāng)數(shù)據(jù)使用量子比特隱形傳態(tài)的方式傳輸時，它不會丟失、甚至無法受到阻礙，理論上可將加密等級提升到牢不可破的水平。
最后，盡管當(dāng)前實驗的量子比特傳態(tài)僅在大約 60 英尺的距離內(nèi)開展，但科學(xué)家們希望未來可以拓展到數(shù)英里的范圍，以最終構(gòu)建出一套高度安全、可靠的新型量子計算機或量子互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
