第14章 即時通信（第6/6頁）

雖然糾纏狀態非常容易被破壞，但我們已經可以讓處於糾纏狀態的粒子分開非常遠的距離，比如一個在地球上，另一個在衛星上。我們也能做到讓粒子間的糾纏狀態維持比較長的時間，甚至長到可以完成長距離的通信。不論處於糾纏狀態的粒子是光子還是其他物質，它們都是以正常的速度運動。所以，除非我們制造出超光速的粒子驅動器，否則一個處於糾纏狀態的光子在執行即時通信的任務之前，先需要花大約250萬年才能到達仙女座星系。

當另一端的粒子就位之後，我們需要做的就是對發射端的粒子進行一系列測量。這樣，我們就可以立刻知道另一個粒子的對應狀態。比如，如果經過測量，我們發現一個粒子的量子自旋軌跡是“向上”的，那麽另一個粒子的量子自旋軌跡就是“向下”的。但是所有試圖用這個方法制造出狄拉克發射機的人都要面對一個問題，那就是我們沒法強行改變粒子的自旋屬性，也就沒法進行有效的信息傳遞。粒子的自旋屬性完全是隨機的，我們也許可以用這種方法實現信息的即時傳送，但信息的內容卻是隨機的。

只要利用量子糾纏實現即時通信，都會面臨相同的問題：要麽信息內容是隨機的，要麽傳遞過程需要一些亞光速信息的輔助。比如，我們也許可以把糾纏狀態本身作為“信息”，測量發射端粒子和接收端粒子是不是處於糾纏狀態。我們可以從兩列處於糾纏狀態的粒子入手，它們分別位於發射端和接收端。然後我們破壞幾個發射端粒子的糾纏態，接收端粒子就會展現出對應的狀態。這確實可行，但是我們驗證糾纏狀態也需要發射端和接收端之間亞光速信息傳送的輔助。如果是這樣，那麽基於量子糾纏的信息傳送和傳統的無線電傳送也沒什麽區別了。

雖然有各種各樣的問題，但這些問題都不能阻止物理學家試圖利用量子糾纏實現即時通信。比如，20世紀80年代，物理學家尼克·赫伯特就設計了一個即時通信器，這個儀器好像可以克服之前的所有問題。赫伯特設想把分別位於接收端和發射端的一對糾纏態光子分開處理，發射端的光子會通過兩種可能的偏光板，一種偏光板會產生傳統的線偏振，另一種偏光板會產生圓偏振，偏振方向隨時間改變。

同時，接收端的光子會通過激光增益管產生許多它的副本。這些副本中的一半會通過線性探測器，另一半則會通過環形探測器。從理論上說，接收端的光子分布應該可以由發射端的光子分布決定。然而，量子糾纏的奇特性質又一次讓充滿希望的科學家們失望了。在前文中我們討論過一個物理原理——量子不可克隆原理。也就是說，要完全復制一個量子粒子，不可能不對原始的量子位元產生幹擾。所以激光增益管不可能完美地制造出和接收端光子一模一樣的副本，這也證明了赫伯特的雙路探測器方法不可行。

20世紀80年代的赫伯特思想實驗是人類最後一次試圖構建即時通信系統（雖然很多物理專業的學生會通過各種設計來理解量子糾纏），但2014年的一項新工作再一次勾起了我們的好奇心，那就是我們能否通過克服量子糾纏的不確定性來實現即時通信。

來自奧地利科學院量子光學與量子信息研究所、維也納量子科學與技術中心以及維也納大學的科學家們，成功地在不探測來自於某物體的光的情況下傳輸了該物體的圖像（這幅圖像是一只貓的輪廓線，為了紀念著名的“薛定諤的貓”）。這個實驗用到了處於糾纏狀態的光子對，在每對光子中，一個光子的波長處於紅光波段，另一個光子的波長處於紅外光波段。紅外光子打到物體上後，進入水晶介質並幹擾第二個處於糾纏狀態的紅外光子。如果與之前兩個紅外光子分別處於糾纏狀態的兩個紅光光子此時也相遇，幹涉圖譜就會顯示出原物體的形狀，雖然紅光光子並沒有靠近原物體。

可惜的是，即使這個實驗也沒能實現即時信息的傳送，因為實驗的前提是光子要一起通過成像儀，但光子需要先以光速到達目標物體後才能形成圖像。毋庸置疑，這個方法確實為實現低強度紅外成像提供了一種可能，因為捕捉低強度紅外圖像的照相機現在並不存在，普通相機只能夠捕捉低強度的紅光。

雖然奧地利量子理論物理學家安東·蔡林格的格言是“永不說永不”，但現在的所有證據都表明類似狄拉克發射機的即時通信器是不可能實現的。信息交流仍要受到光速的限制，它無疑是現代文明的基礎。

現在，我們和其他人的通信都是通過手持設備或者屏幕。但科幻作品告訴我們，這些機器不是必要的。當我們能把設備內置於身體的時候，為什麽還要攜帶它們呢？