來源：北京科技報
2007年4月17日
神秘隧道能讓物質瞬間轉移 人體要實現瞬間轉移需攻克三大技術難題 星球戰士從某一地點突然消失，而瞬間出現在遙遠的另一點。《封神 演義》中的土行孫，會突然消失，一轉眼又從別的地方冒出來…… 這些只是科幻電影和神話中才會出現的場景。現實生活，能找到這樣 的奇妙隧道，讓我們真正實現瞬間轉移嗎？ 量子物理學的發展，無疑一步步為人類鋪就了這樣一條從幻想走向現 實的道路。或許有一天，人類就將帶著自己的喜悅、痛苦，甚至打著 噴嚏就被瞬間傳輸到遙遠的外太空。 量子 量子就是物質粒子的非連續運動。量子態是指原子、中子、質子等粒 子的狀態，它可表徵粒子的能量、旋轉、運動、磁場以及其他的物理 特性。1993年，美國物理學家貝尼特等人提出了“量子態隱形傳輸” 的方案：將原粒子物理特性的資訊發向遠處的另一個粒子，該粒子在 接收到這些資訊後，會成為原粒子的複製品。而在此過程中，傳輸的 是原粒子的量子態，而不是原粒子本身。傳輸結束後，原粒子已經不 具備原來的量子態，而有了新的量子態。 實驗：德國科學家首次測量到電子通過量子信道“逃離”原子。 德國科學家在最新一期英國《自然》雜誌上發表論文稱，他們首次測 量到通過量子信道“逃離”原子的電子，而且發現每個電子“逃離” 的速度極為驚人。 量子信道在微觀世界普遍存在，“量子信道指的就是量子在裏面傳輸 不受影響的通道。”中國科學技術大學，中科院量子資訊重點實驗室 副主任韓正甫教授告訴記者：“量子信道在量子物理學中相當於光學 裏，光纖這樣的光學信道和通信中一般的電線。”但電線是有形的， 量子信道迄今為止卻從未被觀測到。 由於電子帶負電荷，在帶正電荷的原子核的吸引下電子被束縛在原子 內部。如果電子沒有在一段時間內獲得足夠的能量，它就無法“逃離 ”原子核的束縛。但量子力學可以提供另一種方法，電子可以直接通 過量子信道逃脫出來，這在物理學中叫遂穿效應。 打個比喻，這就像在大碗中放一個小石子，石子不會出來。除非石子 的能量很大，大過碗壁的能量時，它就會從碗的上面跳出來。 但是量子物理學上有一個非常奇怪的效應，當碗壁足夠矮，非常薄， 即便碗壁的能量依然大於石子的能量，石子也會莫名其妙地跑出來， 究竟它是怎麼出來的誰也不知道，就像變魔術一樣。而這個跑出來的 “石子”實際上是通過一個隧道跑出來的，這個通道就是量子信道。 德國科學家最新的實驗成果就是利用百億分之一秒的阿秒鐳射級脈衝 攻擊氖原子從而觀察到了隧穿效應的全過程，而且證明了量子信道的 存在。韓正甫教授解釋說，這就像我們看運動員跳高或者跳遠的時候 ，眼睛並不能看清楚他們的身體在騰空過程中的每個細小變化，而通 過慢動作我們卻可以把每一瞬間看清楚。 想像：“瞬間轉移”和“穿墻術”是否能實現？ 通過量子信道，電子能瞬間逃離原子，小石子莫名其妙就穿過了碗壁 ，難道所謂的 “瞬間轉移”和“穿墻術”這些曾經只出現在神話和科 幻小說中的場景果真是可以實現的？ 《封神演義》中的土行孫，他會突然消失，一轉眼又從別的地方冒出 來。在科幻系列電影《星際旅行》中，發送人體是一件最平常不過的 事情。在一台魔術裝置中，宇航員的身體忽然一閃，便消失得無影無 蹤，之後他會出現在任何一處希望抵達的地點，甚至是外星球。只要 那個地方有一台類似的接收器，除了平淡地說一句“發射我吧，蘇格 蘭人！”之外，沒有人會把它當做話題來談論。 想像一下，如果這樣的技術有一天能夠普及，那麼我們出門旅行再也 不用費力的轉乘各種交通工具，而只要運用這種傳送工具，瞬間就能 把我們“轉移”到任何我們想去的地方。 韓正甫教授說，理論上這樣的場景是可以實現的，物理學上叫做量子 態隱形傳物。從物理學角度，可以這樣來想像隱形傳物的過程：先提 取原物的所有資訊，然後將這些資訊傳送到接收地點，接收者依據這 些資訊，選取與構成原物完全相同的基本單元，製造出原物完美的複 製品。 難題待解 人類瞬間轉移面臨三大難題 隱形傳物雖然理論上可行，但要真正實現人的隱形傳送，目前還有許 多技術難題尚未解決。 難題一： 人的身體是由物質組成的，如果用光速把人的身體移動到另一個地點 ，那麼，就必須將它“唯物質化”。經物理學家計算，單單突破原子 核內部的限定力，就必須把身體加熱到1萬億攝氏度———這比太陽 內部的熱度還要高幾百倍。只有在這一溫度下，物質才能變為光，並 通過光速輸送到任何一個地點。而對每一個被輸送的人來說，所使用 的能量要超過迄今為止人類全部能量消耗的大約1000倍。 難題二： 發射儀器必須在目的地將人重新組合起來。為了知道如何組合，它就 需要獲得人體所有原子結構的精確資訊。如果每一個原子約為1000字 節，描述人體的所有原子總共需要10的31次方的字節，而目前世界上 全部圖書所含有的資訊約為10的15次方字節，僅是完整描述一個人所 需要的資訊的1億分之一。僅傳輸這些數據對於今天速度最快的電腦 來說，也會花去比宇宙年齡還要長2000倍的時間。 難題三： 精確描述人的原子結構是最棘手的問題，從根本上來說是不可能的。 因為根據海森伯測不準原理，我們不可能獲得一個粒子的全部資訊。 例如，如果我們想知道一個粒子的位置，那麼我們就會失去所有關於 它的速度的資訊，反之亦然。 相關研究 美奧科學家將原子隱形傳送 早在2004年，美國和奧地利的物理學家就通過實驗成功實現了隱形傳 物，論文發表在《自然》上，引起國際學術界的極大興趣。 美國國家標準與技術研究所的科學家通過鐳射，將三個帶有正電荷的 鈹原子的量子態複製到8微米外的另一個原子上。整個過程由電腦控 制，僅耗時4毫秒，傳輸成功率達到78%。 奧地利因斯布魯克大學的科學家領導的另一個研究小組則採用鈣原子 ，同樣實現了量子態隱形傳輸，成功率為75%。基本原理也是利用第 三個原子為輔助，用鐳射將一個原子的量子態傳遞給另一個原子。 （孫燕燕） |