量子力學與心靈運輸的關係

量子心靈運輸

物理學家看似毫無用途的有關平行量子宇宙的討論將最終會有另一個實際 的應用:量子心靈運輸。在《星際迷航》

科幻小說中使用的「運輸機」 和另一個穿越空間運送人員和設備的科幻計劃，似乎是一個快速飛過遙遠距離 的不可思議的方法。但是難住科學家的是心靈運輸似乎違背了測不準原理。對 一個原子進行測量就擾亂了原子的狀態，因此就不能進行精確的複製。

但是，1993年科學家在這個爭論中發現一個論點，他們用了叫做量子「糾纏」的某物。這是根據1935年愛因斯坦和他的學生和同事內森?羅森及鮑里斯?波多爾斯基提出的一個古老的實驗，目的是 想指出量子理論是多麼不切合實際。在該實驗中，爆炸使兩個電子沿相反方向 飛開，以接近光的速度傳播。因為電子能夠像陀螺一樣旋轉，假定兩個電子的旋 轉是有相互關係的，即一個電子的旋轉軸向下，另一個電子旋轉軸向上（這樣總 的旋轉動量為零）。然而，在測量之前，我們不知道每個電子旋轉的方向。

等了幾年之後，現在兩個電子相距幾光年。如果我們現在測量一個電子的 旋轉，發現它的旋轉軸指向上，那麼我們就會立刻知道另一個電子的旋轉軸向下 (反之亦然）。事實上，發現電子旋轉軸向上的事實就迫使另一個電子旋轉軸向 下。這意味著我們一下子就知道了幾光年以外的電子的情況。（信息似乎跑得 比光速還要快，顯然違背了愛因斯坦的狹義相對論。）通過微妙的推理，愛因斯 坦指出通過對這一對電子的成功測量就違反了測不準原理。更重要的，他指出 量子力學比以前任何人想的要更離奇。

在那個時候以前，物理學家相信宇宙是局部的，即宇宙一部分的干擾只能從 干擾源擴散到局部的地方。愛因斯坦指出量子力學基本上是非局部的，即從一 個干擾源發出的干擾可以立即影響到宇宙的遙遠部分。愛因斯坦把它叫做「遠 距離幽靈作用」，他認為這是荒謬的。因此愛因斯坦認為量子理論一定是錯 誤的。

(量子力學的批評者可以解決愛因斯坦-波多爾斯基-羅森〔EPR〕矛盾， 〔EPR，Einstein-Podolsky-Rosen〕他們認為，如果儀器十分靈敏的話，就能夠真正 確定電子的旋轉方向。一個電子的旋轉和位置的表觀不確定性是虛構的，是由 於測量儀器太粗糙造成的。他們引進一個叫做「隱藏變數」的概念，即一定有個 隱藏的亞量子理論，根據這個新的隱藏變數不確定性就完全不存在了。）

物理學家約翰?貝爾（John Bell)將EPR和隱藏變數酸性實 驗，引起了一場劇烈的爭論。他指出，如果我們進行EPR實驗，在兩個電子旋轉 之間就應該有大量的相互關係，取決於利用什麼理論。如果懷疑論者所相信的 隱藏變數是正確的，兩個電子的旋轉以一種方式相干。如果量子力學是正確的， 這些旋轉以另一種方式相干。換句話說，量子力學（所有現代原子物理的基礎） 的成立和失敗將取決於這個實驗。

但是實驗最後證明愛因斯坦是錯的。在20世紀80年代早期，法國的艾倫? 阿斯佩克特（Alan Aspect)和他的同事用兩個距離13米的檢測器進行EPR實 驗，測量從鈣原子發出的光子的旋轉。在1997年，用兩個距離11千米的檢測器 進行EPR實驗。每一次都是量子理論贏。某種形式的知識確實傳播得比光速 快。（儘管愛因斯坦在EPR實驗上是錯的，但他在超光速通訊的重要問題上是 對的。EPR實驗儘管讓你立即知道星系另一側的事情，它不允許你以這種方式 發送消息。例如，你不能發送莫爾斯電碼。事實上，「EPR傳送器」只能發送隨 機信號，因為每次你測量旋轉時，它們是隨機的。EPR實驗使你能獲取星系另一 側的信息，但不允許你傳送有用的信息，即不是隨機的信息。）

貝爾（Bell)喜歡利用一個名叫貝特爾斯曼（Bertelsman)的數學家來描述這 個效應。這位數學家有個奇怪的習慣:每天按隨機順序一隻腳穿綠襪子，另一隻 穿藍襪子。如果你有一天看到他左腳穿藍襪子，你就立刻知道另一隻腳穿的是 綠襪子，比光速還快。但是知道並不等於允許你以這種方式傳遞信息。顯示信 息不等同於發送信息。EPR實驗不意味著我們能夠通過比光速還快的心靈感應 或時間旅行來傳遞信息。但它確實意味著不能將我們與宇宙整體完全分開。

然而，它迫使我們對我們的宇宙持有不同的看法。在我們身體里的每一個 原子和幾光年距離以外的原子有一種宇宙「糾纏」。因為所有的物質來源於一 次大爆炸，

在某種意義上我們身體的原子與宇宙另一側的某些原子最初在某種 類型的宇宙量子網路中是連接在一起的。糾纏在一起的粒子有些像通過臍帶 (它們的波函數）連接的雙胞胎,胳帶或它們的波函數可以跨越幾個光年。一個 成員發生的事情自動影響到另一個成員，因此涉及一個粒子的知識可以立刻在 另一個粒子中顯示。糾纏在一起的一對物體的行為就好像是單個物體一樣，盡 管它們離開的距離可能很大。（更精確地說，因為大爆炸中粒子的波函數是曾 經連在一起和相干的，大爆炸後幾十億年它們的波函數也許仍然部分地連在一 起，結果一部分波函數中的干擾會影響遠距離的另一部分波函數。）

1993年,科學家提出將EPR糾纏概念作為量子心靈傳輸的機理。在1997 和1998年，美國加利福尼亞理丁.學院、丹麥奧爾胡斯大學、英國威爾士大學的科 學家做了首次量子心靈傳輸的演示，演示一個光子跨過一個桌面進行心靈傳輸。 這個小組的一個成員，威爾士大學的塞繆爾?布勞施泰恩（Samuel Braunstein)將 糾纏的一對光子比做情人,他們心照不宣，即使離得很遠也能心有靈犀一點通。

量子心靈傳輸移動得很快。2003年，瑞士日內瓦大學的科學家做到了通過 光纖電纜使光子心靈傳輸的距離達到1.2英里（1.93千米）。在一個實驗室中 波長為1.3毫米的光的光子與通過長光纜連接的另一-個實驗室中不同波長（波 長1.55毫米）的光的光子進行心靈傳輸。這個項目的一位物理學家尼古拉斯? 吉西奧（Nicolas Gisin)說也許在我有生之年能夠看到像分子這樣的較大的物 體能夠進行心靈傳輸，但是真正大的物體不能用可預測的技術進行心靈傳輸。」

另一個巨大的突破是在2004年完成的，那時閏家標準和技術研究所的科學 家不只是心靈傳輸一個光量子，而是傳輸整個原子。他們成功地糾纏了三個鈹 原子，並能夠將一個原子的特性傳輸給另一個原子，這是一個重大的成就。

量子心靈傳輸的潛在實際應用是巨大的。然而，應該指出的是量子心靈傳 輸還存在幾個問題。首先，在心靈傳輸過程中原來的物體被破壞了，因此你不能 做被傳輸物體的複製品。只有一個複製是可能的。第二，物體傳輸的速度不可 能比光速還快。即便是心靈傳輸，相對論仍然成立。（物體A到物體C的心靈 傳輸需要通過中間物體連接兩者，結果傳輸比光速慢。）第三，大概量子傳輸 最重要的限制與量子計算面臨的問題相同：涉及的物體必須是相干的。環境的 輕微干擾將破壞量子傳輸。但是可以相信在21世紀內有可能開始傳輸第一個 病毒。

人類心靈傳輸可能引起其他問題。布勞施泰恩（Braunstein)評論說:「現在 關鍵的問題是涉及的信息量太大。即便是我們目前能夠想像的最好的通訊渠道 要傳輸所有的信息需要宇宙年齡那麼長的時間。」

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