什么是量子隐形传态？
为了对量子理论有一个基本的了解，我们需要了解量子隐形传态及其工作原理。量子隐形传态是帮助我们理解量子比特如何在量子计算中传输的重要技术之一。它让我们了解量子计算机的工作方式。
量子隐形传态简化了量子计算的功能及其用途。
什么是隐形传态？
隐形传态通常是指物质从一个地方转移到另一个地方，而无需穿越两者之间的物理距离。它通常与时间旅行和科幻概念联系在一起。在现实中，隐形传态仍然是一个理论，因为没有足够的证据，科学家们正在探索它。
什么是量子隐形传态？
量子隐形传态是一种将量子数据从远处的发送方转移到接收方的方法。量子隐形传态只传输量子数据。发送方不需要知道正在传输哪个量子态。接收方的位置可以隐藏，但需要从接收方向发送方发送经典信息来完成量子隐形传态。它不能比光速更快，因为需要发送经典数据。
量子隐形传态的理论是由Charles Bennett、Gilles Brassard、Claude Crepeau、Richard Jozsa、Asher Peres和Bill Wootters于1993年提出的。自2015年以来，关于量子隐形传态的实验已经从简单的量子态发展到复杂的量子态。
量子隐形传态是如何工作的？
量子隐形传态基于量子理论的原理，例如纠缠和经典通信。
要开始量子隐形传态过程，需要准备一个量子比特态进行隐形传态，但在此之前，两个量子比特相互连接，并测量其中一个量子比特，这会立即影响另一个量子比特，无论距离多远。
现在，发送方需要执行贝尔态测量，这意味着测量待传送的量子比特与一个纠缠量子比特的状态。这种测量将两个量子比特都简化为特定的纠缠态。
之后，发送方将测量的结果（两个经典信息比特）传输给接收方。最后，接收方使用经典信息来改变其纠缠的量子比特，将其转换为原始量子比特态的精确副本。通过此过程，原始量子比特被传送到接收方，而无需物理移动量子比特本身。
量子隐形传态的挑战
以下是量子隐形传态的挑战：
- 量子隐形传态需要高精度和对量子态的测量，这在实验室之外很难实现。
- 开发合适的量子存储器和通信系统很困难。在确保与现有经典系统和协议兼容的同时，维护量子信息的完整性并非易事。
- 量子信息可能会受到环境干扰的影响，这可能导致量子特性的损失或量子退相干。
量子隐形传态的现实应用
量子隐形传态的应用包括基于测量的量子计算、容错量子计算和量子中继器。这些应用使用共享纠缠和局部通信来传输未知的非经典态。信息被编码在量子态中，然后发送给接收方，稍后可以解码。
以下是量子隐形传态的不同现实世界示例：
- 中国的“墨子号”卫星使用了量子力学的原理，包括量子隐形传态。它展示了远距离的量子密钥分发（QKD）。
- 中国科学技术大学的研究人员构建了一个小型量子网络，该网络使用隐形传态连接多个节点。
- IBM已将其隐形传态协议集成到其量子计算平台中，允许用户探索量子态和隐形传态。
- 2020年，澳大利亚国立大学的一个团队成功地将量子信息在相距约2米的两个量子比特（qubit）之间进行了隐形传态。