什麼是量子隱形傳態？

為了對量子理論有一個基本的瞭解，我們需要了解量子隱形傳態及其工作原理。量子隱形傳態是幫助我們理解量子位元如何在量子計算中傳輸的重要技術之一。它讓我們瞭解量子計算機的工作方式。

量子隱形傳態簡化了量子計算的功能及其用途。

什麼是隱形傳態？

隱形傳態通常是指物質從一個地方轉移到另一個地方，而無需穿越兩者之間的物理距離。它通常與時間旅行和科幻概念聯絡在一起。在現實中，隱形傳態仍然是一個理論，因為沒有足夠的證據，科學家們正在探索它。

什麼是量子隱形傳態？

量子隱形傳態是一種將量子資料從遠處的傳送方轉移到接收方的方法。量子隱形傳態只傳輸量子資料。傳送方不需要知道正在傳輸哪個量子態。接收方的位置可以隱藏，但需要從接收方向傳送方傳送經典資訊來完成量子隱形傳態。它不能比光速更快，因為需要傳送經典資料。

量子隱形傳態的理論是由Charles Bennett、Gilles Brassard、Claude Crepeau、Richard Jozsa、Asher Peres和Bill Wootters於1993年提出的。自2015年以來，關於量子隱形傳態的實驗已經從簡單的量子態發展到複雜的量子態。

量子隱形傳態是如何工作的？

量子隱形傳態基於量子理論的原理，例如糾纏和經典通訊。

要開始量子隱形傳態過程，需要準備一個量子位元態進行隱形傳態，但在此之前，兩個量子位元相互連線，並測量其中一個量子位元，這會立即影響另一個量子位元，無論距離多遠。

現在，傳送方需要執行貝爾態測量，這意味著測量待傳送的量子位元與一個糾纏量子位元的狀態。這種測量將兩個量子位元都簡化為特定的糾纏態。

之後，傳送方將測量的結果（兩個經典資訊位元）傳輸給接收方。最後，接收方使用經典資訊來改變其糾纏的量子位元，將其轉換為原始量子位元態的精確副本。透過此過程，原始量子位元被傳送到接收方，而無需物理移動量子位元本身。

量子隱形傳態的挑戰

以下是量子隱形傳態的挑戰：

• 量子隱形傳態需要高精度和對量子態的測量，這在實驗室之外很難實現。
• 開發合適的量子儲存器和通訊系統很困難。在確保與現有經典系統和協議相容的同時，維護量子資訊的完整性並非易事。
• 量子資訊可能會受到環境干擾的影響，這可能導致量子特性的損失或量子退相干。

量子隱形傳態的現實應用

量子隱形傳態的應用包括基於測量的量子計算、容錯量子計算和量子中繼器。這些應用使用共享糾纏和區域性通訊來傳輸未知的非經典態。資訊被編碼在量子態中，然後傳送給接收方，稍後可以解碼。

以下是量子隱形傳態的不同現實世界示例：

• 中國的“墨子號”衛星使用了量子力學的原理，包括量子隱形傳態。它展示了遠距離的量子金鑰分發（QKD）。
• 中國科學技術大學的研究人員構建了一個小型量子網路，該網路使用隱形傳態連線多個節點。
• IBM已將其隱形傳態協議整合到其量子計算平臺中，允許使用者探索量子態和隱形傳態。
• 2020年，澳大利亞國立大學的一個團隊成功地將量子資訊在相距約2米的兩個量子位元（qubit）之間進行了隱形傳態。