演算法

量子隱形傳態(quantum teleportation)

儘管名字帶著科幻色彩,量子隱形傳態並不會把任何物體瞬移到房間另一頭。它是一套協定,用來把一個量子位元的未知狀態,從發送方(就叫她 Alice)轉移到接收方(就叫他 Bob),而無需把那個量子位元本身寄過去。與其把它想成傳送裝置,不如把它看作一場非常小心的接力:Alice 和 Bob 先共享一對預先製備好的糾纏量子位元。之後,當 Alice 手裡有一個連她自己也不知道其狀態的神秘量子位元時,她只需藉助兩人共享的糾纏,再加上經普通通道(例如網際網路或電話線)發送的兩個普通經典位元,就能把那個狀態交給 Bob。

用大白話講講它的原理。Alice 讓她那個神秘量子位元與她手裡那一半糾纏對發生交互作用,並把兩者一起測量,得到四種可能的兩位元結果之一。這次測量會摧毀她那一側的原始狀態,這正是隱形傳態不違反不可複製原理的原因:自始至終都不存在第二份副本,有的只是一次轉移。她把那兩個位元發給 Bob,Bob 據此對他那個糾纏量子位元施加四種簡單修正中的一種。做完之後,他的量子位元就攜帶了 Alice 最初那個一模一樣的狀態。關鍵在於,在 Bob 的經典位元送達之前,他的量子位元毫無用處,所以沒有任何東西超光速傳播,單憑糾纏也不會傳遞任何資訊。

既然還是得發送經典位元,那何必費這番功夫?因為這個量子位元的完整狀態——一段由無窮多種可能振幅構成的連續統——僅憑那份共享糾纏和兩個位元就被傳了過去,而且在轉移的那一刻,Alice 和 Bob 之間並不需要任何量子通道。正是這一點,使隱形傳態成為量子網路和未來量子中繼器的核心構件:與其把脆弱的量子位元硬塞進又長又損耗大的光纖,不如先把糾纏分發出去,再按需在其上把狀態隱形傳送過去。

|psi> = alpha|0> + beta|1> (unknown alpha, beta) --> Bob's qubit becomes alpha|0> + beta|1>

Alice 始終不會知道 alpha 或 beta 的值;該協定把整個未知狀態轉移給 Bob,而她那一份副本在此過程中被摧毀。

隱形傳態轉移的是量子狀態,而非物質,也並不超光速——因為它必須等那兩個經典位元經普通通道送達後才能完成。

又稱
state teleportation量子态传输量子態傳輸