量子心靈運(yùn)輸

物理學(xué)家看似毫無(wú)用途的有關(guān)平行量子宇宙的討論將最終會(huì)有另一個(gè)實(shí)際 的應(yīng)用:量子心靈運(yùn)輸。在《星際迷航》

科幻小說(shuō)中使用的“運(yùn)輸機(jī)” 和另一個(gè)穿越空間運(yùn)送人員和設(shè)備的科幻計(jì)劃，似乎是一個(gè)快速飛過(guò)遙遠(yuǎn)距離 的不可思議的方法。但是難住科學(xué)家的是心靈運(yùn)輸似乎違背了測(cè)不準(zhǔn)原理。對(duì) 一個(gè)原子進(jìn)行測(cè)量就擾亂了原子的狀態(tài)，因此就不能進(jìn)行精確的復(fù)制。

但是，1993年科學(xué)家在這個(gè)爭(zhēng)論中發(fā)現(xiàn)一個(gè)論點(diǎn)，他們用了叫做量子“糾纏”的某物。這是根據(jù)1935年愛(ài)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(gè)古老的實(shí)驗(yàn)，目的是 想指出量子理論是多么不切合實(shí)際。在該實(shí)驗(yàn)中，爆炸使兩個(gè)電子沿相反方向 飛開(kāi)，以接近光的速度傳播。因?yàn)殡娮幽軌蛳裢勇菀粯有D(zhuǎn)，假定兩個(gè)電子的旋 轉(zhuǎn)是有相互關(guān)系的，即一個(gè)電子的旋轉(zhuǎn)軸向下，另一個(gè)電子旋轉(zhuǎn)軸向上（這樣總 的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量為零）。然而，在測(cè)量之前，我們不知道每個(gè)電子旋轉(zhuǎn)的方向。

等了幾年之后，現(xiàn)在兩個(gè)電子相距幾光年。如果我們現(xiàn)在測(cè)量一個(gè)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(huì)立刻知道另一個(gè)電子的旋轉(zhuǎn)軸向下 (反之亦然）。事實(shí)上，發(fā)現(xiàn)電子旋轉(zhuǎn)軸向上的事實(shí)就迫使另一個(gè)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(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論。）通過(guò)微妙的推理，愛(ài)因斯 坦指出通過(guò)對(duì)這一對(duì)電子的成功測(cè)量就違反了測(cè)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(gè)時(shí)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(kuò)散到局部的地方。愛(ài)因斯坦指出量子力學(xué)基本上是非局部的，即從一 個(gè)干擾源發(fā)出的干擾可以立即影響到宇宙的遙遠(yuǎn)部分。愛(ài)因斯坦把它叫做“遠(yuǎn) 距離幽靈作用”，他認(rèn)為這是荒謬的。因此愛(ài)因斯坦認(rèn)為量子理論一定是錯(cuò) 誤的。

(量子力學(xué)的批評(píng)者可以解決愛(ài)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(gè)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(cè)量?jī)x器太粗糙造成的。他們引進(jìn)一個(gè)叫做“隱藏變量”的概念，即一定有個(gè) 隱藏的亞量子理論，根據(jù)這個(gè)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(shí) 驗(yàn)，引起了一場(chǎng)劇烈的爭(zhēng)論。他指出，如果我們進(jìn)行EPR實(shí)驗(yàn)，在兩個(gè)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(gè)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(shuō)，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(gè)實(shí)驗(yàn)。

但是實(shí)驗(yàn)最后證明愛(ài)因斯坦是錯(cuò)的。在20世紀(jì)80年代早期，法國(guó)的艾倫· 阿斯佩克特（Alan Aspect)和他的同事用兩個(gè)距離13米的檢測(cè)器進(jìn)行EPR實(shí) 驗(yàn)，測(cè)量從鈣原子發(fā)出的光子的旋轉(zhuǎn)。在1997年，用兩個(gè)距離11千米的檢測(cè)器 進(jìn)行EPR實(shí)驗(yàn)。每一次都是量子理論贏。某種形式的知識(shí)確實(shí)傳播得比光速 快。（盡管愛(ài)因斯坦在EPR實(shí)驗(yàn)上是錯(cuò)的，但他在超光速通訊的重要問(wèn)題上是 對(duì)的。EPR實(shí)驗(yàn)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(shí)上，“EPR傳送器”只能發(fā)送隨 機(jī)信號(hào)，因?yàn)槊看文銣y(cè)量旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們是隨機(jī)的。EPR實(shí)驗(yàn)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(jī)的信息。）

貝爾（Bell)喜歡利用一個(gè)名叫貝特爾斯曼（Bertelsman)的數(shù)學(xué)家來(lái)描述這 個(gè)效應(yīng)。這位數(shù)學(xué)家有個(gè)奇怪的習(xí)慣:每天按隨機(jī)順序一只腳穿綠襪子，另一只 穿藍(lán)襪子。如果你有一天看到他左腳穿藍(lán)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(shí)驗(yàn)不意味著我們能夠通過(guò)比光速還快的心靈感應(yīng) 或時(shí)間旅行來(lái)傳遞信息。但它確實(shí)意味著不能將我們與宇宙整體完全分開(kāi)。

然而，它迫使我們對(duì)我們的宇宙持有不同的看法。在我們身體里的每一個(gè) 原子和幾光年距離以外的原子有一種宇宙“糾纏”。因?yàn)樗械奈镔|(zhì)來(lái)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(guò)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(gè)光年。一個(gè) 成員發(fā)生的事情自動(dòng)影響到另一個(gè)成員，因此涉及一個(gè)粒子的知識(shí)可以立刻在 另一個(gè)粒子中顯示。糾纏在一起的一對(duì)物體的行為就好像是單個(gè)物體一樣，盡 管它們離開(kāi)的距離可能很大。（更精確地說(shuō)，因?yàn)榇蟊ㄖ辛Ｗ拥牟ê瘮?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(huì)影響遠(yuǎn)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(jī)理。在1997 和1998年，美國(guó)加利福尼亞理丁.學(xué)院、丹麥奧爾胡斯大學(xué)、英國(guó)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(gè)光子跨過(guò)一個(gè)桌面進(jìn)行心靈傳輸。 這個(gè)小組的一個(gè)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(duì)光子比做情人,他們心照不宣，即使離得很遠(yuǎn)也能心有靈犀一點(diǎn)通。

量子心靈傳輸移動(dòng)得很快。2003年，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的科學(xué)家做到了通過(guò) 光纖電纜使光子心靈傳輸?shù)木嚯x達(dá)到1.2英里（1.93千米）。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中 波長(zhǎng)為1.3毫米的光的光子與通過(guò)長(zhǎng)光纜連接的另一-個(gè)實(shí)驗(yàn)室中不同波長(zhǎng)（波 長(zhǎng)1.55毫米）的光的光子進(jìn)行心靈傳輸。這個(gè)項(xiàng)目的一位物理學(xué)家尼古拉斯· 吉西奧（Nicolas Gisin)說(shuō)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(jìn)行心靈傳輸，但是真正大的物體不能用可預(yù)測(cè)的技術(shù)進(jìn)行心靈傳輸?！?/p>

另一個(gè)巨大的突破是在2004年完成的，那時(shí)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(gè)光量子，而是傳輸整個(gè)原子。他們成功地糾纏了三個(gè)鈹 原子，并能夠?qū)⒁粋€(gè)原子的特性傳輸給另一個(gè)原子，這是一個(gè)重大的成就。

量子心靈傳輸?shù)臐撛趯?shí)際應(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(gè)問(wèn)題。首先，在心靈傳輸過(guò)程中原來(lái)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(gè)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(duì)論仍然成立。（物體A到物體C的心靈 傳輸需要通過(guò)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(jì)算面臨的問(wèn)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(kāi)始傳輸?shù)谝粋€(gè) 病毒。

人類心靈傳輸可能引起其他問(wèn)題。布勞施泰恩（Braunstein)評(píng)論說(shuō):“現(xiàn)在 關(guān)鍵的問(wèn)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(zhǎng)的時(shí)間?！?/p>