「量子隐形传态」量子隐形传送（Quantum Teleportation）初学

量子隐形传态

量子隐形传送（Quantum teleportation）初学

本文参考自http://blog.sciencenet.cn/blog-871282-996759.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-871282-663548.html

http://www.360doc.com/content/15/0929/10/493864_502159460.shtml

本文为自己通过看参考文档进而做的笔记以及自己的一些见解，如有误区，请帮忙指正。

量子隐形传送百度百科定义：

量子隐形传态（Quantum teleportation），又称量子遥传、量子隐形传输、量子隐形传送、量子远距传输或量子远传，是一种利用分散量子缠结与一些物理讯息（physical information）的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。它并不会传送任何物质或能量（经典信息）而是量子态携带的量子信息。

Bennett等人提出的量子隐形传送基本思想：

将一个量子态在一个地方捣碎，将它的信息以某种方式送到另一个地方，然后再将已经捣碎灭亡的量子态在重新恢复出来。这样并不违反量子物理的基本原理，因为我们并提取被捣碎的量子态的信息。在量子隐形传送中，我们需要了解纠缠态的量子态（EPR态）。量子隐形传送实际上是使粒子的相关信息瞬间转移到远方的技术。粒子本身并不移动，而是在粒子水平下，代表粒子状态的信息完全转移到其他粒子上，就可以认为使与粒子本身发生移动基本相同。

纠缠态的量子态：

它是1935年Einstein，Podolsky和Rosen三人为了证明量子力学的不完备而假想的一种状态。这种状态今天被称为EPR态，它已经被科学家们造出来而不再是假想的一种量子态了。

经典的EPR态：一对紧密关联在一起的东西，即有一对参数，进行量子隐形传送时，我们需要利用的就是这两个参数，利用这两个参数实现量子隐形传送。

量子隐形传送基本方法：

在量子隐形传态中，遥远两地的通信双方首先分享一对纠缠粒子，其中一方将待传输量子态的粒子（一般来说与纠缠粒子无关联）和自己手里的纠缠粒子进行贝尔态分辨，然后将分辨的结果告知对方，对方则根据得到的信息进行相应的幺正操作。纠缠态预先分发、独立量子源干涉和前置反馈是量子隐形传态的三个要素。（可参考http://blog.sciencenet.cn/blog-871282-996759.html中的例子）

例子（引用原文）如下：

Bennett的思想是这样：假设有三个人，张三、李四和王五，都住在北京。张三有一只鞋，具体的样式、颜色和尺码都不太清楚。李四有一双完整的“EPR”鞋，一左一右。李四把他的这双鞋中的任意一只(比如左鞋)交给张三，把剩下的另一只(右鞋)交给王五。王五带着那只右鞋出差走了。张三觉得李四给他的那只鞋跟自己的不能配成一双，干脆把他自己的鞋和李四给他的那只(左)鞋一块放进一个炉子里烧了。他看着炉火中升起的烟雾和红红的火苗，心里很不是滋味。张三把这件事打手机告诉了王五(我们也不知道王五出差到哪里去了)，他在电话中详细告诉了他围坐在炉子边，看到从炉子中升起的黑烟和熊熊的火焰的场景。王五根据张三的描述，成功地把那只李四给他的(右)鞋，变成了张三自己开始的那只烧掉的鞋。第二天当他带着那只他变魔术般获得的鞋回到北京时，张三简直惊呆了：他发现被他烧掉的那只自己的鞋又回来了，跟原来那只一模一样，包括颜色、样式、尺码等等，甚至鞋跟上还带着当初他扔进火炉时粘着的北方的泥土和细菌！

上面的例子就是对量子隐形传送的一个类比，其中，张三自己的那只鞋就类比为待传输量子态的粒子，而李四送出去的一双鞋子就相当于一对纠缠态粒子，张三通过自己所拥有的纠缠态粒子和待传输粒子进行贝尔态分辨，（这里就是一起丢到炉火中烧，得到烧的信息）得到结果告知对方（王五），王五进行相应的操作，即得到了待传输量子态粒子（张三的那只鞋）。

当然，这里仅仅是类比，我们实际上并不能完成像鞋这么大的东西的量子隐形传送。

量子隐形传态需要借助经典信道才能实现，因此并不能实现超光速通信。在这个过程中，原物始终留在发送者处，被传送的仅仅是原物的量子态，而且发送者对这个量子态始终一无所知；接受者是将别的物质单元(如粒子)制备成为与原物完全相同的量子态，他对这个量子态也始终一无所知；原物的量子态在测量时已被破坏掉—不违背“量子不可克隆定理”；未知量子态(量子比特)的这种传送，需要经典信道传送经典信息(即发送者的测量结果)，传送速度不可能超过光速—不违背相对论的原理。（引用自百度百科）

关于量子隐形传送做的实验：

由于存在损耗以及EPR态不是很理想，在一个实际的物理系统中，不可能使被重新恢复出来的量子态与初始的态完全相同。通常人们用保真度来衡量量子隐形传送输出的态与初始待传送的态的相似程度。

到现在为止，人们仅仅可以实现把光子的偏振状态或者光场在某个频率处的正交位相分量对应的状态，或者原子内的某个能级对应的状态，以一定的概率成功地隐形传递到了另外一个地方。

为什么少数粒子的隐形传态可以实现，然而由大量粒子组成的物体难以实现？因为粒子的数量越多，越容易受到外界的各种影响，从而导致量子纠缠态快速消失，如果无法保持量子纠缠态，就无法实现隐形传态

量子隐形传态是量子通信中最简单的一种。从事量子隐形传态实验，是实现全球量子通信网络的可行性的前提研究。

量子隐形传态例子：（摘自http://www.360doc.com/content/15/0929/10/493864_502159460.shtml）

首先制作一对量子纠缠态的粒子A和B，粒子A发送给Alice，粒子B发送给Bob，接着，Alice使叠加了准备发送给Bob信息的粒子P与手头粒子A产生量子纠缠关系，测量其状态。运用远程操作原理，粒子P叠加的信息能够瞬间转移到Bob的粒子B上。然而有一点需要注意，按照上面的步骤，Alice传送给Bob的信息并不完整，还需要Alice通过某种方式，将自己测得的 “粒子P与粒子A纠缠态的测量结果”发送给Bob,Bob根据接收到的结果，通过简单的步骤对转移到粒子B的信息进行修正，这样，Bob就获得了Alice希望发送的粒子P的完整信息，而Alice原本持有的粒子P在于粒子A处于纠缠态后，其叠加的信息会随之消失，这样就做到了隐形传态。

因为需要做“修正”，因此虽然是隐形传态，但信息的移动速度无法超过光速。那我们为什么还需要使用量子隐形传送呢？直接采用QQ或者电话就可以了啊？实际上，隐形传态的优势在于Alice即使不知道粒子P的详细信息，也能向Bob发送。为什么“不知道详细信息也能发送”会成为优点呢？因为假设使人体发生瞬间移动的时候，事先调查人体所有组成粒子几乎是不可能的

量子隐形传送（Quantum Teleportation）初学