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利用意念傳送物體?隱形傳態與量子糾纏

來自阿拉伯和北非的苦行僧和聖者,與印度的瑜伽修行者有許多共同之處。他們都在進行所謂的修行,據報道,他們都能夠實現超自然能力的行為,而這些行為在我們已知的科學基礎上是不可能實現的。

Adrian Clark的《念動力:利用意念移動物體》中講述了這樣一個案例。這本書的作者是曾參與太空實驗室項目和其他重要美國航空航天局計劃的一名科學家。他曾參與美國第一個衛星運載火箭的開發,包括先鋒號運載火箭,同時也是馬歇爾太空飛行中心的顧問。他講述的事件體現了目前已知的隱形傳態事實。

法國醫學官員杜布瓦上尉(Captain Dubois)曾在阿拉伯的一個村莊里接種白喉疫苗。當地的首領阿卜杜勒(Abdul)對這一事件印象深刻,並向杜布瓦上尉展示了他的力量。首先,他把礦泉水變成了精美的香檳酒。作為一個有科學頭腦的人,杜布瓦對超自然現象持懷疑態度,認為這是一個騙局。首領重新進行了展示,排除了所有欺騙的可能性,而且還突然使一張照片突然出現在上尉的手中。上尉仔細檢查了這張照片,確定這並不是幻覺。與此同時,巴黎的某處有人注意到這張照片不見了,而且將這件事作為失竊事件報告給了巴黎警察,警察試圖尋找這張照片但無功而返。在拿到照片48個小時之後,阿卜杜勒讓它回到了上尉在巴黎的家中。法國報紙和《倫敦時報》曾報道了這個事件。

隱形傳態的科學解釋

儘管人們一直以來都肯定物質的牢固性,而且隱形傳送的要求非常嚴苛,但即使是主流物理學也開始考慮這種可能性。各種影視作品,例如《星際迷航(Star Trek)》中也出現了這樣的情節。但是,量子力學的特性和與波類似的性質等問題已經引起了部分物理學家們在實驗室中開始嘗試實現量子隱形傳態。

美聯社科學作家Malcolm Ritter在一篇題為《實驗室能否實現量子隱形傳態?》的文章中描述了一項奧地利進行的實驗。Anton Zeilinger和他在因斯布魯克大學的同事們在《自然》上公開發表了這份報告。它實際上是一個「糾纏光子」實驗,但其中有一些元素可能是隱形傳送的關鍵。Ritter描述道:

「在奧地利的一個實驗室里,科學家們在一處將光線進行了分解,並在三英尺遠的地方合成了複製品。他們通過傳遞原始光子的重要物理特性信息來實現這一點,並將其稱為光子。這些信息是由其他光子提取的,它們具有同樣的特性,因此能夠組成原物的複製品……這是第一個展示「量子隱形傳態」的實驗,也是自然界最微小的粒子之間一種神奇的物理特性變化,無論它們相距多遠。當兩個光子糾纏在一起時,它們正好相反……尤其是偏振,彼此相反。

所以實際上是一個光子的極化轉移到了另一個光子,與傳送目標相去甚遠。不過這個現象非常有趣,可能與隱態傳送有一定關聯。

量子糾纏是一個非常重要的效應,在科學的許多領域都有著廣泛的應用。它利用耦合量子狀態產生一對粒子過程中的量子力學基本原理,於是這對粒子狀態是已知的,但每個粒子的狀態是未知的(見下圖)。在這種情況下,使用雙光子,能夠使兩個光子的偏振態或自旋狀態得到很好的確定,但每個光子的自旋是未知的。這個狀態被稱為糾纏態。

然後這兩個光子能夠在不同方向旋轉。可能相距幾英尺之外,也可能是距離光年之外。如果一個光子的自旋被測量裝置探測到,我們就能立即知道另一個光子的狀態,因為兩個自旋的總態是已知的。因此,我們馬上就知道另一個光年距離之外的物體的狀態。

糾纏光子實驗示意圖

耦合光子對源(可以是激發原子、激光混頻器或非線性晶體)。

光子糾纏實驗的示意性描述。通過各種方式產生了兩個光子的耦合態,所以這對光子的總自旋(或其他參數)是已知的,但每個光子的自旋未知。如果其中一個的狀態由探測器# 1進行檢測,就能得知它的自旋狀態。那麼不管多遠,另一個光子的自旋狀態就能立即知道。

Akio Motoyoshi博士曾發表了一篇理論物理方面的文章,題為《不利用貝爾測量實現量子隱形傳態》,其中描述的也是利用一組處於糾纏態的粒子實現隱形傳態。它們的波函數由一些不確定的函數構成,然後創建兩個或更多的波束,其中的波函數可以投射到不同的方向。而在目的地選擇或檢測到的光束能夠立刻揭開另一條光束的糾纏。從理論上講,這可能能夠實現量子態信息的瞬時傳輸,並且可以用來影響遠處電子組的量子態。

這些實驗確實指出,量子力學可以產生一些非常奇特的效應,包括在很遠距離實現物質狀態的瞬時連接。這與隱形傳態有關,即使是以非常有限的形式。隨著對物質化和非物質化的不斷科學探索,也許有一天我們會了解,可能《星際旅行》這樣的科幻小說中的內容並不是空穴來風。

擴展閱讀

量子糾纏(quantum entanglement),或稱量子纏結,是一種量子力學現象,是1935年由愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出的一種波,其量子態表達式:其中x1,x2分別代表了兩個粒子的坐標,這樣一個量子態的基本特徵是在任何錶象下,它都不可以寫成兩個子系統的量子態的直積的形式。定義上描述複合系統(具有兩個以上的成員系統)之一類特殊的量子態,此量子態無法分解為成員系統各自量子態之張量積(tensor product)。

量子糾纏技術是安全的傳輸信息的加密技術,與超光速傳遞信息相關。儘管知道這些粒子之間「交流」的速度很快,但我們目前卻無法利用這種聯繫以如此快的速度控制和傳遞信息。因此愛因斯坦提出的規則,也即任何信息傳遞的速度都無法超過光速,仍然成立。實際上的糾纏作用並不很遠,而且一旦干涉其中的一方,糾纏態就會自動消除。

2016年12月,從中國科學技術大學獲悉,潘建偉院士及同事陸朝陽、陳宇翱等近期在量子信息科研領域再獲重大突破,他們通過兩種不同的方法製備了綜合性能最優的糾纏光子源,首次成功實現「十光子糾纏」,再次刷新了光子糾纏態製備的世界紀錄。

2017年6月15日公布,中國量子科學實驗衛星「墨子號」迎來了第一項重大成果,率先成功實現「千公里級」的星地雙向量子糾纏分發,打破了此前國際上保持多年的「百公里級」紀錄。

隱形傳輸證明史

量子態隱形傳輸,是對古典物理稱為「定域性定律」(locality)的基本原則又一打擊。其定律指出,一個物體只能被它周圍的環境直接影響。量子論承認「幽靈般的遠程效應」。

物理學家約翰·斯圖爾特·貝爾1964年首先設計一個實驗作為證明「『幽靈般的遠程效應』真實存在」的一種方法,因此,研究人員把他們的實驗稱為「沒有漏洞的貝爾測試」。

1997年奧地利首次驗證

1997年,奧地利塞林格小組在室內首次完成了量子態隱形傳輸的原理性實驗驗證。

2004年奧地利測試數百米級

2004年,奧地利該小組利用多瑙河底的光纖信道,成功地將量子「超時空穿越」距離提高到600米。但由於光纖信道中的損耗和環境的干擾,量子態隱形傳輸的距離難以大幅度提高。

2005年中國科大測試十公里級

中國科學技術大學潘建偉、彭承志等研究人員的小組早在2005年就在合肥創造了13公里的自由空間雙向量子糾纏「拆分」、發送的世界紀錄,同時驗證了在外層空間與地球之間分發糾纏光子的可行性。

2007年開始,中國科大——清華大學聯合研究小組在北京架設了長達16公里的自由空間量子信道,並取得了一系列關鍵技術突破,最終在2009年成功實現了世界上最遠距離的量子態隱形傳輸,證實了量子態隱形傳輸穿越大氣層的可行性,為未來基於衛星中繼的全球化量子通信網奠定了可靠基礎。該成果已經發表在2010年6月1日出版的英國《自然》雜誌子刊《自然·光子學》上,並引起了廣泛關注。

2015年荷蘭的1公里級

2015年10月25日《荷蘭科學家證實量子糾纏:物質遠隔萬里卻相互作用》報道:荷蘭代爾夫特理工大學的科學家們把兩顆鑽石分別放在代爾夫特理工大學校園內的兩側,距離1.3公里。每塊兒鑽石含有一個可以俘獲單個電子的微小空間,此空間具有一種稱為「自旋」的磁性,然後用微波和激光能的脈衝來糾纏,並測量電子的「自旋」。校園的兩側設有探測器,兩個電子之間的距離確保做測量的同時,信息無法以傳統的方式交換。

2017年中國的千公里級

2017年6月15日,《科學》雜誌以封面論文形式,報道了中國「墨子號」量子衛星首次實現上千公里量子糾纏的消息,相較於此前144公里的最高量子傳輸距離紀錄,這次跨越意味著絕對安全的量子通信離實用又近了一步。

本文對隱形傳態的相關研究進行了一定程度的綜述,希望能供相關領域的人士參考。但所綜述的觀點並不全面,也不能完全代表我們自己的科學觀點,敬請知悉。

參考文獻

Clark, Adriatl V., Psychokinesis-Moving Matter with the Mind, Parker Publishing Company, West Nyack, New York (1973)

Ayling, Keith, the Editors of Fate Magazine, Strange World of the Occult, Paperback Library, Inc. New York (1968)

Ritter, Malcolm, "Beam Me Up-Science Fact:Scientists Achieve "Star Trek"-Like Feat," Associated Press, New york, 12-10-97(1997)

Motoyoshi, Akio, "Teleportation Without Resorting to Bell Measurement", PhysicsLetters A, 270, PP. 293-295 (2000)

The Synchronized Universe: New Science of the Paranormal, Claude Swanson

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