一次传一百个态:量子隐形传态的竞赛,从比远近改成了比宽窄
量子隐形传态,传的是一个未知的量子态。它没法被复印——量子力学有一条不可克隆定理,抄写这个动作本身被宇宙禁止。但有一条例外的通道:甲和乙先共享一对纠缠比特。甲对"未知态加上自己手里那一半纠缠"做一个联合测量,测完的瞬间,未知态在甲这边被销毁,测量结果是一条两比特的经典信息,走普通信道发给乙。乙按照收到的两个比特,对自…
先补一节六十秒的课,因为这则新闻的量纲藏在基本概念里。
量子隐形传态,传的是一个未知的量子态。它没法被复印——量子力学有一条不可克隆定理,抄写这个动作本身被宇宙禁止。但有一条例外的通道:甲和乙先共享一对纠缠比特。甲对"未知态加上自己手里那一半纠缠"做一个联合测量,测完的瞬间,未知态在甲这边被销毁,测量结果是一条两比特的经典信息,走普通信道发给乙。乙按照收到的两个比特,对自己那一半纠缠做一个对应的变换。态在乙那里复现了。原件必须毁掉,副本凭空出现,物理定律一手交钱一手交货,谁也别想多拿。
这个表演自上世纪九十年代搬上舞台以来,全世界的实验室基本在比同一个数字:传多远。从一个桌面到另一张桌面,穿过对街,再打上卫星。距离纪录一路推进,宽度的故事却少有人讲。华东师范大学的团队在这个维度上落了子,论文发表在《物理评论快报》,标题里写着"百通道",美国物理学会的官方导读给它的概括更直白:一次传送更多量子态。
做法是把空间光场铺成十乘十的阵列。直觉上,可以把一束激光的波前想成一块画布,雕出一百块独立的小图案,每一块都是一条车道,都能搭载一份待传的量子态,且可独立寻址。这是迄今最多的并行隐形传态。验证方式也很直白:把字母 Q 的百像素图像,一次性传过这一百条通道。可重构,意味着车道编排可以按需改画。
衡量传送质量的是保真度。这批实验的平均保真度是 0.60,它要对着的是同维度下的经典极限 0.52——也就是说,假如不用纠缠、只靠经典的发送与拷贝,无论手艺多精,天花板就是 0.52。多出来的那八个百分点,就是"量子"二字的全部证据:超越经典极限的那部分,只能来自纠缠。
工程上还有一处容易被略过的巧思:全光并行。隐形传态的老大难在前馈——贝尔测量的结果必须反馈到乙端,才能选对那个修正变换。一路反馈好办,一百路呢?每条通道都配一套电子前馈,延迟和复杂度都会失控。这项工作用光学方式把并行处理就地完成,电子反馈这一层被整层省掉。一百条通道,一套光路。顺带堵一个常客误会:乙端收到的那两比特始终要走经典信道,信息永远跑不过光速,爱因斯坦的限速牌没有被这次实验拆掉。
小字照例要念。0.60 对 0.52,余量八个百分点,不算宽裕,同类实验里这个差距随时可能被系统噪声吃掉一口。字母 Q 是一百个离散像素,和连续变量、高维态的传送还有一段路。而且"百通道"纪录本身是个会被追平的数字,它的保质期未必比距离纪录长。
那为什么值得单独记一笔?因为量子互联网要当骨干网,光有"传得远"不够,还得"一次传得多"。骨干网的三件套是中继、存储、复用——纠缠要接力,要等得起,还要一车道变八车道。距离竞赛跑了三十年,复用维度上的第一个三位数,这个月才出现。竞赛换了量纲,往往比纪录本身更有信息量。
下一次你听到隐形传态的新闻,可以先问一句:这次比的是远,还是宽?
来源:PRL 论文 Hundred-Channel Reconfigurable Quantum Teleportation(DOI 10.1103/rfz9-3prw);APS Physics synopsis;ScienceAlert 与 IEEE Spectrum 报道(2026-09-15 前后)。