算法

量子隐形传态(quantum teleportation)

尽管名字带着科幻色彩,量子隐形传态并不会把任何物体瞬移到房间另一头。它是一套协议,用来把一个量子比特的未知状态,从发送方(就叫她 Alice)转移到接收方(就叫他 Bob),而无需把那个量子比特本身寄过去。与其把它想成传送装置,不如把它看作一场非常小心的接力:Alice 和 Bob 先共享一对预先制备好的纠缠量子比特。之后,当 Alice 手里有一个连她自己也不知道其状态的神秘量子比特时,她只需借助两人共享的纠缠,再加上经普通信道(比如互联网或电话线)发送的两个普通经典比特,就能把那个状态交给 Bob。

用大白话讲讲它的原理。Alice 让她那个神秘量子比特与她手里那一半纠缠对发生相互作用,并把两者一起测量,得到四种可能的两比特结果之一。这次测量会摧毁她那一侧的原始状态,这正是隐形传态不违反不可克隆原理的原因:自始至终都不存在第二份副本,有的只是一次转移。她把那两个比特发给 Bob,Bob 据此对他那个纠缠量子比特施加四种简单修正中的一种。做完之后,他的量子比特就携带了 Alice 最初那个一模一样的状态。关键在于,在 Bob 的经典比特送达之前,他的量子比特毫无用处,所以没有任何东西超光速传播,单凭纠缠也不会传递任何信息。

既然还是得发送经典比特,那何必费这番功夫?因为这个量子比特的完整状态——一段由无穷多种可能振幅构成的连续统——仅凭那份共享纠缠和两个比特就被传了过去,而且在转移的那一刻,Alice 和 Bob 之间并不需要任何量子信道。正是这一点,使隐形传态成为量子网络和未来量子中继器的核心构件:与其把脆弱的量子比特硬塞进又长又损耗大的光纤,不如先把纠缠分发出去,再按需在其上把状态隐形传送过去。

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

Alice 始终不会知道 alpha 或 beta 的值;该协议把整个未知状态转移给 Bob,而她那一份副本在此过程中被摧毁。

隐形传态转移的是量子状态,而非物质,也并不超光速——因为它必须等那两个经典比特经普通信道送达后才能完成。

又称
state teleportation量子态传输量子態傳輸