人體“瞬間轉(zhuǎn)移”能否實現(xiàn)

孫燕燕

星球戰(zhàn)士從某一地點突然消失，而瞬間又出現(xiàn)在遙遠的另一點；《封神演義》中的土行孫，會突然消失，一轉(zhuǎn)眼又從別的地方冒出來……

這些只是科幻電影和神話中才會出現(xiàn)的場景。那么現(xiàn)實生活中能找到這樣的奇妙隧道，讓我們真正實現(xiàn)瞬間轉(zhuǎn)移嗎？

量子物理學(xué)的發(fā)展，一步步為人類鋪就了這樣一條從幻想走向現(xiàn)實的道路。或許有一天，人類將帶著自己的喜悅、痛苦，甚至打著噴嚏就被瞬間傳輸?shù)竭b遠的外太空。

量 子

量子就是物質(zhì)粒子的非連續(xù)運動。量子態(tài)是指原子、中子、質(zhì)子等粒子的狀態(tài)，它是粒子的能量、旋轉(zhuǎn)、運動、磁場以及其他的物理特性的表征。1993年，美國物理學(xué)家貝尼特等人提出了“量子態(tài)隱形傳輸”的方案：將原粒子物理特性的信息發(fā)向遠處的另一個粒子，該粒子在接收到這些信息后，會成為原粒子的復(fù)制品。在此過程中，傳輸?shù)氖窃Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是原粒子本身。傳輸結(jié)束后，原粒子已經(jīng)不具備原來的量子態(tài)，而有了新的量子態(tài)。

實驗：德國科學(xué)家首次測量到電子通過量子信道“逃離”原子。

德國科學(xué)家在最新一期英國《自然》雜志上發(fā)表論文稱，他們首次測量到通過量子信道“逃離”原子的電子，而且發(fā)現(xiàn)每個電子“逃離”的速度極為驚人。

量子信道在微觀世界普遍存在。量子信道指的就是量子在里面?zhèn)鬏敳皇苡绊懙耐ǖ?。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中科院量子信息重點實驗室副主任韓正甫教授告訴記者：“量子信道在量子物理學(xué)中相當(dāng)于光學(xué)里光纖這樣的光學(xué)信道和通信中一般的電線?！钡娋€是有形的，量子信道迄今為止卻從未被觀測到。

由于電子帶負電荷，在帶正電荷的原子核的吸引下電子被束縛在原子內(nèi)部。如果電子沒有在一段時間內(nèi)獲得足夠的能量，它就無法“逃離”原子核的束縛。但量子力學(xué)可以提供另一種方法，電子可以直接通過量子信道逃脫出來，這在物理學(xué)中叫隧穿效應(yīng)。

打個比喻，就像在大碗中放一個小石子，石子不會出來，除非石子的能量很大，大過碗壁的能量時，它就會從碗的上面跳出來。

但是量子物理學(xué)上有一個非常奇怪的效應(yīng)，當(dāng)碗壁足夠矮，非常薄，即便碗壁的能量依然大于石子的能量，石子也會莫名其妙地跑出來。究竟它是怎么出來的誰也不知道，就像變魔術(shù)一樣。而這個跑出來的石子實際上是通過一個隧道跑出來的，這個通道就是量子信道。

德國科學(xué)家最新的實驗成果就是利用百億分之一秒的阿秒激光級脈沖攻擊氖原子從而觀察到了隧穿效應(yīng)的全過程，而且證明了量子信道的存在。韓正甫教授解釋說，這就像我們看運動員跳高或者跳遠的時候，眼睛并不能看清楚他們的身體在騰空過程中的每個細小動作，而通過慢動作我們可以把每一瞬間看清楚。

想象：“瞬間轉(zhuǎn)移”和“穿墻術(shù)”是否能實現(xiàn)？

通過量子信道，電子能瞬間逃離原子，小石子莫名其妙就穿過了碗壁。難道所謂的“瞬間轉(zhuǎn)移”和“穿墻術(shù)”這些曾經(jīng)只出現(xiàn)在神話和科幻小說中的場景是可以實現(xiàn)的嗎？

《封神演義》中的土行孫，他會突然消失，一轉(zhuǎn)眼又從別的地方冒出來。在科幻系列電影《星際旅行》中，發(fā)送人體是一件最平常不過的事情。在一臺魔術(shù)裝置中，宇航員的身體忽然一閃，便消失得無影無蹤，之后他會出現(xiàn)在任何一處希望抵達的地點，甚至是其他的星球。只要那個地方有一臺類似的接收器。

想象一下，如果這樣的技術(shù)有一天能夠普及，那么我們出門旅行再也不用費力地轉(zhuǎn)乘各種交通工具，而只要運用這種傳送工具，瞬間就能把我們“轉(zhuǎn)移”到任何我們想去的地方。

韓正甫教授說，理論上這樣的場景是可以實現(xiàn)的，物理學(xué)上叫做量子態(tài)隱形傳物。從物理學(xué)角度可以這樣來想象隱形傳物的過程：先提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點，接收者依據(jù)這些信息，選取與構(gòu)成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復(fù)制品。

人類瞬間轉(zhuǎn)移面臨三大難題

隱形傳物雖然理論上可行，但要真正實現(xiàn)人的隱形傳送，目前還有許多技術(shù)難題尚未解決。

難題一

人的身體是由物質(zhì)組成的，如果用光速把人的身體移動到另一個地點，那么就必須將它“唯物質(zhì)化”。經(jīng)物理學(xué)家計算，單單突破原子核內(nèi)部的限定力，就必須把身體加熱到1萬億攝氏度——這比太陽內(nèi)部的熱度還要高幾百倍。只有在這一溫度下，物質(zhì)才能變?yōu)楣?，并通過光速輸送到任何一個地點。而對每一個被輸送的人來說，所使用的能量要超過迄今為止人類全部能量消耗的大約1000倍。

難題二

發(fā)射儀器必須在目的地將人重新組合起來。為了知道如何組合，它就需要獲得人體所有原子結(jié)構(gòu)的精確信息。如果每一個原子約為1000字節(jié)，描述人體的所有原子總共需要10的31次方的字節(jié)，而目前世界上全部圖書所含有的信息約為10的15次方字節(jié)，僅是完整描述一個人所需要的信息的1億分之一。所以傳輸這些數(shù)據(jù)對于今天速度最快的計算機來說，也會花去比宇宙年齡還要長2000倍的時間。

難題三

精確描述人的原子結(jié)構(gòu)是最棘手的問題，從根本上來說是不可能的。因為根據(jù)海森伯測不準(zhǔn)原理，我們不可能獲得一個粒子的全部信息。例如，如果我們想知道一個粒子的位置，那么我們就會失去所有關(guān)于它的速度的信息，反之亦然。

相關(guān)研究

美奧科學(xué)家將原子隱形傳送

早在2004年，美國和奧地利的物理學(xué)家就通過實驗成功實現(xiàn)了隱形傳物，論文發(fā)表在《自然》上，引起國際學(xué)術(shù)界的極大興趣。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的科學(xué)家通過激光將三個帶有正電荷的鈹原子的量子態(tài)復(fù)制到8微米外的另一個原子上。整個過程由計算機控制，僅耗時4毫秒，傳輸成功率達到78%。

奧地利因斯布魯克大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的另一個研究小組則采用鈣原子，同樣實現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸，成功率為75%。基本原理也是利用第三個原子為輔助，用激光將一個原子的量子態(tài)傳遞給另一個原子。endprint