第14章 即时通信（第6/6页）

虽然纠缠状态非常容易被破坏，但我们已经可以让处于纠缠状态的粒子分开非常远的距离，比如一个在地球上，另一个在卫星上。我们也能做到让粒子间的纠缠状态维持比较长的时间，甚至长到可以完成长距离的通信。不论处于纠缠状态的粒子是光子还是其他物质，它们都是以正常的速度运动。所以，除非我们制造出超光速的粒子驱动器，否则一个处于纠缠状态的光子在执行即时通信的任务之前，先需要花大约250万年才能到达仙女座星系。

当另一端的粒子就位之后，我们需要做的就是对发射端的粒子进行一系列测量。这样，我们就可以立刻知道另一个粒子的对应状态。比如，如果经过测量，我们发现一个粒子的量子自旋轨迹是“向上”的，那么另一个粒子的量子自旋轨迹就是“向下”的。但是所有试图用这个方法制造出狄拉克发射机的人都要面对一个问题，那就是我们没法强行改变粒子的自旋属性，也就没法进行有效的信息传递。粒子的自旋属性完全是随机的，我们也许可以用这种方法实现信息的即时传送，但信息的内容却是随机的。

只要利用量子纠缠实现即时通信，都会面临相同的问题：要么信息内容是随机的，要么传递过程需要一些亚光速信息的辅助。比如，我们也许可以把纠缠状态本身作为“信息”，测量发射端粒子和接收端粒子是不是处于纠缠状态。我们可以从两列处于纠缠状态的粒子入手，它们分别位于发射端和接收端。然后我们破坏几个发射端粒子的纠缠态，接收端粒子就会展现出对应的状态。这确实可行，但是我们验证纠缠状态也需要发射端和接收端之间亚光速信息传送的辅助。如果是这样，那么基于量子纠缠的信息传送和传统的无线电传送也没什么区别了。

虽然有各种各样的问题，但这些问题都不能阻止物理学家试图利用量子纠缠实现即时通信。比如，20世纪80年代，物理学家尼克·赫伯特就设计了一个即时通信器，这个仪器好像可以克服之前的所有问题。赫伯特设想把分别位于接收端和发射端的一对纠缠态光子分开处理，发射端的光子会通过两种可能的偏光板，一种偏光板会产生传统的线偏振，另一种偏光板会产生圆偏振，偏振方向随时间改变。

同时，接收端的光子会通过激光增益管产生许多它的副本。这些副本中的一半会通过线性探测器，另一半则会通过环形探测器。从理论上说，接收端的光子分布应该可以由发射端的光子分布决定。然而，量子纠缠的奇特性质又一次让充满希望的科学家们失望了。在前文中我们讨论过一个物理原理——量子不可克隆原理。也就是说，要完全复制一个量子粒子，不可能不对原始的量子位元产生干扰。所以激光增益管不可能完美地制造出和接收端光子一模一样的副本，这也证明了赫伯特的双路探测器方法不可行。

20世纪80年代的赫伯特思想实验是人类最后一次试图构建即时通信系统（虽然很多物理专业的学生会通过各种设计来理解量子纠缠），但2014年的一项新工作再一次勾起了我们的好奇心，那就是我们能否通过克服量子纠缠的不确定性来实现即时通信。

来自奥地利科学院量子光学与量子信息研究所、维也纳量子科学与技术中心以及维也纳大学的科学家们，成功地在不探测来自于某物体的光的情况下传输了该物体的图像（这幅图像是一只猫的轮廓线，为了纪念著名的“薛定谔的猫”）。这个实验用到了处于纠缠状态的光子对，在每对光子中，一个光子的波长处于红光波段，另一个光子的波长处于红外光波段。红外光子打到物体上后，进入水晶介质并干扰第二个处于纠缠状态的红外光子。如果与之前两个红外光子分别处于纠缠状态的两个红光光子此时也相遇，干涉图谱就会显示出原物体的形状，虽然红光光子并没有靠近原物体。

可惜的是，即使这个实验也没能实现即时信息的传送，因为实验的前提是光子要一起通过成像仪，但光子需要先以光速到达目标物体后才能形成图像。毋庸置疑，这个方法确实为实现低强度红外成像提供了一种可能，因为捕捉低强度红外图像的照相机现在并不存在，普通相机只能够捕捉低强度的红光。

虽然奥地利量子理论物理学家安东·蔡林格的格言是“永不说永不”，但现在的所有证据都表明类似狄拉克发射机的即时通信器是不可能实现的。信息交流仍要受到光速的限制，它无疑是现代文明的基础。

现在，我们和其他人的通信都是通过手持设备或者屏幕。但科幻作品告诉我们，这些机器不是必要的。当我们能把设备内置于身体的时候，为什么还要携带它们呢？