量子心靈運輸

物理學(xué)家看似毫無用途的有關(guān)平行量子宇宙的討論將最終會有另一個實際 的應(yīng)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(shè)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(xué)家的是心靈運輸似乎違背了測不準(zhǔn)原理。對 一個原子進行測量就擾亂了原子的狀態(tài)，因此就不能進行精確的復(fù)制。

但是，1993年科學(xué)家在這個爭論中發(fā)現(xiàn)一個論點，他們用了叫做量子“糾纏”的某物。這是根據(jù)1935年愛因斯坦和他的學(xué)生和同事內(nèi)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么不切合實際。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(zhuǎn)，假定兩個電子的旋 轉(zhuǎn)是有相互關(guān)系的，即一個電子的旋轉(zhuǎn)軸向下，另一個電子旋轉(zhuǎn)軸向上（這樣總 的旋轉(zhuǎn)動量為零）。然而，在測量之前，我們不知道每個電子旋轉(zhuǎn)的方向。

等了幾年之后，現(xiàn)在兩個電子相距幾光年。如果我們現(xiàn)在測量一個電子的 旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)它的旋轉(zhuǎn)軸指向上，那么我們就會立刻知道另一個電子的旋轉(zhuǎn)軸向下 (反之亦然）。事實上，發(fā)現(xiàn)電子旋轉(zhuǎn)軸向上的事實就迫使另一個電子旋轉(zhuǎn)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(zhǔn)原理。更重要的，他指出 量子力學(xué)比以前任何人想的要更離奇。

在那個時候以前，物理學(xué)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(xué)基本上是非局部的，即從一 個干擾源發(fā)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(rèn)為這是荒謬的。因此愛因斯坦認(rèn)為量子理論一定是錯 誤的。

(量子力學(xué)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(rèn)為，如果儀器十分靈敏的話，就能夠真正 確定電子的旋轉(zhuǎn)方向。一個電子的旋轉(zhuǎn)和位置的表觀不確定性是虛構(gòu)的，是由 于測量儀器太粗糙造成的。他們引進一個叫做“隱藏變量”的概念，即一定有個 隱藏的亞量子理論，根據(jù)這個新的隱藏變量不確定性就完全不存在了。）

物理學(xué)家約翰·貝爾（John Bell)將EPR和隱藏變量酸性實 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(zhuǎn) 之間就應(yīng)該有大量的相互關(guān)系，取決于利用什么理論。如果懷疑論者所相信的 隱藏變量是正確的，兩個電子的旋轉(zhuǎn)以一種方式相干。如果量子力學(xué)是正確的， 這些旋轉(zhuǎn)以另一種方式相干。換句話說，量子力學(xué)（所有現(xiàn)代原子物理的基礎(chǔ)） 的成立和失敗將取決于這個實驗。

但是實驗最后證明愛因斯坦是錯的。在20世紀(jì)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(fā)出的光子的旋轉(zhuǎn)。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。（盡管愛因斯坦在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實驗盡管讓你立即知道星系另一側(cè)的事情，它不允許你以這種方式 發(fā)送消息。例如，你不能發(fā)送莫爾斯電碼。事實上，“EPR傳送器”只能發(fā)送隨 機信號，因為每次你測量旋轉(zhuǎn)時，它們是隨機的。EPR實驗使你能獲取星系另一 側(cè)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(shù)學(xué)家來描述這 個效應(yīng)。這位數(shù)學(xué)家有個奇怪的習(xí)慣:每天按隨機順序一只腳穿綠襪子，另一只 穿藍襪子。如果你有一天看到他左腳穿藍襪子，你就立刻知道另一只腳穿的是 綠襪子，比光速還快。但是知道并不等于允許你以這種方式傳遞信息。顯示信 息不等同于發(fā)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(yīng) 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(zhì)來源于一 次大爆炸，

在某種意義上我們身體的原子與宇宙另一側(cè)的某些原子最初在某種 類型的宇宙量子網(wǎng)絡(luò)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(shù)）連接的雙胞胎,胳帶或它們的波函數(shù)可以跨越幾個光年。一個 成員發(fā)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(shù)是曾 經(jīng)連在一起和相干的，大爆炸后幾十億年它們的波函數(shù)也許仍然部分地連在一 起，結(jié)果一部分波函數(shù)中的干擾會影響遠距離的另一部分波函數(shù)。）

1993年,科學(xué)家提出將EPR糾纏概念作為量子心靈傳輸?shù)臋C理。在1997 和1998年，美國加利福尼亞理丁.學(xué)院、丹麥奧爾胡斯大學(xué)、英國威爾士大學(xué)的科 學(xué)家做了首次量子心靈傳輸?shù)难菔?，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(xué)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(nèi)瓦大學(xué)的科學(xué)家做到了通過 光纖電纜使光子心靈傳輸?shù)木嚯x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(xué)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(yù)測的技術(shù)進行心靈傳輸?！?/p>

另一個巨大的突破是在2004年完成的，那時閏家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所的科學(xué) 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，并能夠?qū)⒁粋€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?shù)臐撛趯嶋H應(yīng)用是巨大的。然而，應(yīng)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 做被傳輸物體的復(fù)制品。只有一個復(fù)制是可能的。第二，物體傳輸?shù)乃俣炔豢?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(jié)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(huán)境的 輕微干擾將破壞量子傳輸。但是可以相信在21世紀(jì)內(nèi)有可能開始傳輸?shù)谝粋€ 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(xiàn)在 關(guān)鍵的問題是涉及的信息量太大。即便是我們目前能夠想象的最好的通訊渠道 要傳輸所有的信息需要宇宙年齡那么長的時間?！?/p>