26、量子隐形传态：原理、实验与挑战

量子隐形传态：原理、实验与挑战

1. 量子隐形传态的基本概念

量子隐形传态是一个极具科幻色彩但又真实存在的量子物理概念。通常而言，隐形传态可定义为将一个物体从空间中的一点消失，然后在另一个位置重新出现。不过，从信息的角度来看，系统的隐形传态也意味着将完全表征其所有属性的信息在空间中进行转移，利用这些信息就能在不同位置生成原始物体的副本。这正是量子隐形传态的定义。

与经典系统不同，经典系统可以通过测量其所有相关属性来完全描述，例如传真机将文档信息从一处传输到另一处，而原始文档仍在发送者手中。在量子领域，信息由系统组成部分（如原子和/或光子）的状态给出。但这些状态无法通过测量完全确定，因为对物理变量A的测量会使状态坍缩到与该物理量相关的算符 ˆA 的本征态之一。

1993年，Bennett等人首次证明，在不获取待传输量子态任何信息（即不对待传输系统进行测量）的情况下，量子隐形传态是可行的。量子系统的非局域性（即纠缠态）是使量子隐形传态成为可能的关键。粒子对之间存在的非局域相关性，即爱因斯坦 - 波多尔斯基 - 罗森对（EPR对），有助于信息的转移，更确切地说是将完整的量子态从一个地方传送到另一个地方，而且发送者既不知道待传输的状态，也不知道接收者的位置。此外，量子隐形传态与经典例子的一个重要区别是，在量子情况下，原始状态会被破坏，从而避免违反量子不可克隆定理。

虽然这里主要讨论光子的量子隐形传态，但原子量子比特的量子隐形传态实验也已成功实现。

2. 问题设定与纠缠的作用

2.1 量子系统的定义

考虑一个观察者Alice，她拥有一个处于特定未知状态 |φ⟩a 的量子系统a。她希望将该系统传送给接收者