量子信息研究进展

、量子不经意传输、量子多方计算[21] 在量子摇币协议的基础上,人们试图将其延伸,于是提出了各种量子方案.在量子比特承诺方面,1990年,Brassard等人对量子摇币协议进行修改后实现了量子比特承诺;在此基础上,1993年,Bras-sard等提出了一个量子比特承诺方案(BCJL方案),他们声称该方案是无条件安全的;对任意Np问题,由量子比特承诺可获得量子零知识协议(quantumzero-knowledge protocol),这是由S.GoldwameI等首先提出的.在量子不经意传输方面,1991年,Ben"时tt等在Wiesn町的基础上提出一个实用量子不经意传输协议(BBCS协议),Yao以量子比特承诺是安全的为基础证明了BBCS协议的安全性.量子不经意传输协议的应用导出两方量子计算,Crepeau等在量子不经意传输协议基础上提出了量子两方计算协议并进行了研究.然而Mayers于1995年开始对已提出的量子比特承诺质疑,并在1995年发现了一个细微而关键的安全漏洞.1997年,Mayers以及h和Cha11独立地证明量子比特承诺的不安全性,由此证明了1997年前的量子比特承诺及建立在此基础上的各种协议都是不安全的,这给量子比特承诺及其相关方面的研究者们以致命的打击.尽管如此,量子比特承诺仍然是人们关注的课题,人们企图发现并构造安全量子比特承诺协议,最近人们又提出了几个方案[22],当然这些方案的安全性是在一定的条件下得到保证的.量子比特承诺及其相关方面引起人们的兴趣的原因在于安全的比特承诺及相关协议在量子认证系统中有重要的应用价值. 5量子信息安全与其他学科的关系 量子信息安全是一门交叉学科,它是量子力学和经典密码学相结合的产物,同时与量子光学、光纤通信、激光通信、非线性光学等学科有着紧密联系.量子力学和经典密码学为量子密码学提供理论基础,可以认为它们是构成量子密码学的基石,例如量子密码离不开测不准原理,同时量子密码的基本思想来源于经典密码学.量子光学为量子密码提供实现各种方案的物理基础,同时提供寻找新方法的可能性,到目前为止,所有的量子密码学协议和算法都是以量子光学的某一物理现象为基础而实现的.例如,正是由于在80年代光子纠缠态的实验发现使得英国牛津大学的A.K.Ebrt发现了利用光子纠缠态来实现量子密钥分发和存储.光纤通信、激光通信和非线性光学是实现量子密码学的物理保障,它们用来验证量子密码学,同时为量子密码学的实验和商用化提供基础. 6量子密码学应用与展望 量子密码经过多年的研究取得了丰富的成果,其无条件安全性和潜在商机不但吸引了学术界的重视,也引起了一些国家的政府和军事部门(主要是美国和欧洲一些国家)的注意.人们预测,当量子计算机成为现实时,经典密码体制将元安全可言,量子信息安全系统可能成为保护数据安全的最佳的选择之一.目前,在量子密钥分发的实用化实验研究中,量子比特的传输距离可达到km左右,但传输速率仅有几百kb/s,虽然可以在小规模网络中应用,但离商用还有一段路程.因此量子信息安全系统的商用化还有一系列工作要做,例如,如何提高量子信道中的传输速度和传输距离,以及改善出错率将是今后量子信息安全系统的实用化进程中首先必须解决的几个技术问题. 量子纠缠态 　 1关于量子纠缠的历史回顾 量子纠缠是存在于多子系量子系统中的一种奇妙现象,即对一个子系统的测量结果无法独立于对其他子系统的测量参数.虽然,近些年来,随着量子信息这一新兴领域的蓬勃发展,量子纠缠逐渐成为人们的热门话题,但它并不是什么新生事物,“纠缠',这一名词的出现可以追溯到量子力学诞生之初.因为量子力学描述的物理实在具有无法消除的随机性,所以,从它诞生之日起,围绕量子力学的争论就从未间断过.其主要表现为以爱因斯坦为代表的经典物理学家和以玻尔为代表的哥本哈根学派之间的冲突.自从1927年在第五届索尔维会议上爆发了两位科学巨人的第一次论战开始,到爱因斯坦逝世的30年间,爱因斯坦不断地给量子力学挑毛病,其间最著名的事例是在1935年同Podolsky和Rosen一起提出的EPR佯谬.关于EPR佯谬的详细讨论可参阅前面的讲座文章1],这里不再赘述.爱因斯坦等人在EPR的论文中提出如下一个量子态 Ψ(x,y)=∫ exp[i/ ?(x-y+a)p]dp 其中x,y分别指代2个粒子的坐标.这样一个量子态的基本特征是它不可以写成两个子系统量子 的直积形式: Ψ（x,y）≠Φ(x)Φ(y) 薛定谔将这样的量子态称为纠缠态.爱因斯坦等人提出纠缠态的目的意在说明在承认局域性和实在性的前提下,量子力学的描述是不完备的.玻尔虽然对此作出了相应的回答,但据玻的助手说,EPR的文章对玻尔的影响是极为重大的.因为玻尔从中看到了在考虑多粒子时量子理论会导致纯粹的量子效应.然而,无论是玻尔还是爱因斯坦,都没有洞悉他们所讨论的纠缠态的全部含义,在经过了数十年的努力之后,这些含义才逐渐地被发掘出来[3]· 为了将量子力学纳入经典论的框架,从20世纪50年代以来,人们提出了一个又一个的隐变量理论.引进这些隐变量的目的,就是希望将量子力学中不能对某些观测量作出精确言的事实归结为还不能精确知道的隐变量.而一旦这些隐变量决定后,就可以精确地给出任何可观测量.作为一个有价值的隐变量理论,其结果必须在一定条件下回到量子力学给出的结果,同时又能预言某些新的与量子力学不同的东西,这样才能通过新的实验来检验隐变量理论是否正确.到目前为止,只有决定论的隐变量理论可以做到这一点[4]·1964年,爱尔兰物理学家 Bell在其发表的一篇文章中提出一个不等式,这就是著名的Bell不等式[5]·在Bell所设计的实验中,局域隐变量理论得到的结果满足Bell不等式,而量子力学的预言将超出Bell不等式的限制.这样,Bell的理论将EPR同玻尔的争论从哲学范畴提升到可以为物理实验所验证的范畴.1969年,ClauseI,Home,Shimmy和Holt推广了Bell不等式[6],得到了更易于为实验验证的Bell不等式形式,现称为CHSH型的Bell不等式.近30年来,实验物理学家为检验Bell不等式进行了不懈的努力.为物理学界所普遍认同的第一个最具说服力的检验Bell不等式的实验是法国的Aspect小组在1982年做出的[7].他们使用的是Ca40原子在级联跃迁过程中辐射出的纠缠光子,实验构思十分精巧.实验结果显示,Bell不等式被违背,从而推翻了决定论的局域隐变量理论.随着实验技术的进一步发展,对Bell不等式的检测越来越接近理想的情况.为此,在1999年,Aspect在著名杂志《Nature》上发表文章,对近几十年的实验进展专门做了回顾[8].奥地利的Zeilinger小组以及旅美华人科学家史砚华、区泽字等人,在Bell不等式的实验检测方面都开展了卓有成效的工作[9]. 然而,纠缠态的功用决不仅仅在于检验基本理论的完备性.随着量子信息科学的开展,纠缠态才找到了其施展作为的主战场.现在,量子纠缠态可以被用于量子密钥分配、量子浓缩编码、量子隐形传态、量子纠错码、量子计算等领域[10,11]·对量子纠缠的深入研究元论是对于量子信息的基本理论还是对未来潜在的实际应用都将产生深远的影响. 进入90年代以来,随着量子信息科学的蓬勃兴起,量子力学的叠加性和非局域性被重新挖掘出来,开始为人的意志服务.随着实验技术的迅猛发展,量子信息的技术革命必将不可阻挡.现在,量子纠缠在量子信息科学中所占的比重越来越突出.于是,对纠缠态的定量化研究以及对其所处的Hilbert空间结构的认识,这些关系到量子纠缠本质的问题,也就显得越来越重要.对其的深入理解将有助于人们开发出更多神奇的应用. 本文主要综述了自1996年以来,在离散Hilbert空间纠缠态的理论研究方面的主要进展.成果无疑是显著的,但有很多重要的问题仍未完全解决,有待于进一步的深入研究. 　 量子对策论 　 1对策量子化 　 在自然界和人类社会中,存在着大量的具有对抗或竞争性质的现象.对策论(game theory)亦称博弈论,作为运筹学中的一个重要分支,就是研究具有对抗性或竞争性质的数学理论和方法.早在两千多年前的中国古代,就已经有了“田忌赛马",这样的对策研究的例子不过,这门具有悠久历史的学科直到本世纪初才作为数学的一个重要分支被系统地研究,其奠基之作就是J.von Neumaann和O.Morgen-stern合著的《博弈论和经济行为》.由于这门学科研究的现象与人们的政治、经济、军事活动以及生物进化、生态竞争等有着密切联系,所以引起越来越广泛的注意[13]. 从抽象的意义上讲,对策论研究的是对抗或竞争各方采取某些策略,去最大化或最小化某些特定的函数.物理学家受到量子信息其他领域如量子计算、量子密码的启发,很自然地要考虑:如果对策拓展到量子领域,即允许存在策略的线性叠加和纠缠,会得出什么结果.J.Eisert,M.Wilkens和M.Lewen-stein指出[3]:将对策量子化有以下几个重要意义. 首先,目前被广泛应用的经典对策论是建立在经典概率论基础上的,如果将此基础扩展到量子概率(幅),应当会出现一些有趣的现象.再者,对策量子化很可能会有助于研究基因竞争,即分子层次上的竞争现象.还有,量子通信及量子密码就可以作为一种量子对策来研究:通信的各方与窃听者对抗,对抗双方可以采用量子及经典策略.另外,对策量子化还 可以带来一些有趣的小游戏[4].我们将分别通过介绍目前已经量子化的几个例 子,来看一下量子对策的内容、方法及一些结果. 　 2 PQ翻硬币问题 代号为P和Q的两个人进行这样一个游戏：P把一枚正面朝上的硬币放进一个盒子里,然后他和Q二人按Q,P,Q的顺序去操作,即翻或不翻这枚硬币,但是不能看这枚硬币的状态(即朝上还是朝下);当最后打开盒子时,如果正面朝上,Q赢,否则P赢. 像这一个对策游戏没有一个确定性的策略解,任何一方使用一个确定策略(或称为单纯策略),另一方就可以使用相应策略使其必输无疑.但是,vonNeumann已经证明[2],任何一个有限策略的零和对策,总存在概率解,即混合策略.在PQ翻硬币问题中,其平衡解就是:P分别以1/2的概率使用其两种策略N,F;而Q分别以1/4的概率使用其四种策略NN,NF,FN,FF或者说每次都以1/2的概率使用N,F两种策略.在此情况下,双方的收益的期望值都为0,并且在一方采取平衡解时,另一方无法通过改变其使用的概率来提高其收益期望值.本游戏的主人公之一P用概率论分析得到以上结果后,发现这游戏还算公平,就答应与Q玩这一游戏,可是结果每次都输,原因何在? 其中奥妙就在于Q没有按上面的分析每次混合使用策略N,F.在经典情况下,硬币状态集为{H,T},Q可采取混合策略,即无论硬币处于H还是T状态,都以1/2的概率翻或者不翻.在量子领域,硬币状态集为{|H〉,|T〉},Q就可以使用量子策略,即把这两种策略叠加起来,使用策略，这样就把硬币从|H〉在变为叠加态 (+ ,无论P翻变为|T〉,|T〉变为|H〉)还是不翻,硬币还是保持这一状态不变然后,Q再使用一次策略,硬币状态就变为|H〉,所以Q必赢无疑. PQ翻硬币问题是一个很简单的问题.但是许多重要问题都与此类似,例如著名的Grover算法[6].Grover算法的任务是要在一个规模假设为N的大型数据库里搜寻某个指定的.不妨把数据库与搜寻者看作对弈双方,数据库随机放置了一个记录,搜寻者如果用经典方法搜寻,平均要搜索N/2次,而利用量子策略,即利用叠加性和么正变换,则平均用这一量级的搜索次数. 经过分析,D.A.MeyeI提出并证明了以下三个定理[5]· 定理一:在二人零和对策中的对弈者,使用最优量子策略的收益期望值不低于使用最优经典混合策略的收益期望值(证明:因为经典混合策略都可以找到一个量子策略来表示). 定理二:二人零和对策中并不一定存在双方都采用单纯量子策略的平衡点. 定理三:二人零和对策中总存在双方均采取混合(或单纯)量子策略的平衡点. 　 3 量子博弈 第二个例子是L.Goldenberg等提出的量子博弈[4]·赌博中有这样一个常见的游戏:艾丽丝随机地往两个盒子中的一个放一枚硬币(放进两个盒子的几率相等).鲍博选中一个盒子,当鲍博打开这个盒子,如果有硬币,鲍博赢(简单起见,假设赢一个硬币),否则鲍博输一个硬币.但是在经典情况下,鲍博不易检验艾丽丝是否按几率1/2：1/2往盒子里放硬币,尤其在对弈次数较少的时候.但是这一游戏量子化后可以做到这一点,而且还可以进行远程对弈.量子化后的这一游戏框架如下:艾丽丝有两个盒子A和B用来放一个粒子.粒子在A盒子或B盒 子的状态用|a〉及|b〉来表示.艾丽丝把粒子制备到某个态上,然后将盒子B发送给鲍博.在下列两种情况下鲍博赢:(1)如果他发现粒子在B盒子里,艾丽丝检查确信粒子不在A盒子里,付给鲍博一个硬币;(2)鲍博要求艾丽丝把A盒子发送过来,检验到艾丽丝最初制备的态不是=(+),那么艾丽丝就要付给鲍博R(R为两人事先约定的数值)个硬币.其他情况下,艾丽丝赢,鲍博付给艾丽丝一个硬币.艾丽丝的策略就是将粒子制备到|Φ〉态上,即 粒子处在盒子A,B的均等叠加态上,测量后在两个盒子发现粒子的几率相等,艾丽丝就可以确保其收益期望值不低于0.当然也可以将粒子制备在偏离|Φ〉的态|Φ〉= |a〉+|b〉上,这样就有可能被鲍博发现从而受罚损失R个硬币.鲍博的策略是收到B盒子后并不立即测量粒子是否在B盒子里,而是先做一个变换:|b〉= b〉+ |b〉这里!b〉, |b〉正交.这就好像把粒子在B盒子的态不破坏地分成两部分,在这里分裂参数q依赖于惩罚参数R.在完成态分裂操作后,鲍博做态|b〉的投影测量,即查看盒子B里有没有艾丽丝放置的粒子.如果鲍博发现了粒子,鲍博赢了这一局.否则,鲍博向艾丽丝索要A盒子用来检验:他可以用A盒子 和留下来的|b,〉来做联合测量,即看一下粒子是否处在|a〉+ |b〉态(忽略归一化因子)上,就可以以一定的概率判断出艾丽丝是否作弊.这一量子化结果在实验上如果用一般的粒子 (如原子及离子)来实现是比较困难的事情.我们课题组发现如果利用光子,在现有技术下完全能够实现.我们的实验方案是利用光子经过分束器的路径来代表A,B两个盒子,利用光子的偏振来区别|b〉,|b〉.而且(1)式中的变换即光子偏振的旋转,以及光子偏振或路径态的测量都比较容易实现.具体实验方案及结果见文献[7]. 4 量子“囚徒怪圈" 第三个例子是两量子比特的对策,称作量子“囚徒怪圈,,.在经典对策“囚徒怪圈,,中的两个局中人(假设为艾丽丝和鲍博)面临着这样的局面:艾丽丝与鲍博这两个囚徒被抓起来,如果双方合作,都不向司法部门提供对方的犯罪证据,司法部门会因为证据较少各判他们三年有期徒刑;如果双方对抗,都向司法部门提供对方的犯罪证据,双方会都被判五年;若一方提供对方的证据而另一方不提供对方的证据,提供方立功被判一年,另一方被判七年.这一对局可以用表2中的数值表示(数值大表明被判刑时间短,即收益大,数值小则被判刑时间长,收益小).在这张策略-收益表格中,括号内前面的数值为艾丽丝的收益而后者为鲍博的收益.对任何参加者来说,无论对方采用什么策略,自己采用对抗策略要比合作策略好,即主动提供对方犯罪证据要比顽抗好.这样双方就找到了平衡点.如果艾丽丝双方能够合作,其结果要比双方对抗更为有利,但是在双方都独立地追求自己的最大利益的情况下,却得到比较差的结果,这就是所谓囚徒怪圈. 结语 目前已经提出的量子对策模型主要是以上三个,还有一个与量子囚徒怪圈比较类似的模型,只是对策矩阵的各数值间的大小顺序不同[8]·经典对策量子化的方法主要是引人量子力学中的叠加性以及利用纠缠态.但是对于大部分实例,叠加策略在测量后又化为经典混合策略,并不出现新结果.本文前两个例子都是多步对策,利用了多步量子操作的优点:即量子干涉,所以会带来新的结果.第三个例子则是引入了纠缠,即利用变换把艾丽丝和鲍博所处的状态纠缠起来,这也是经典情况不能做到的,从而促使两位局中人采用非完全对抗策略.作为一个新兴分支,量子对策无疑给量子信息学引入了新的研究方法,即用研究对抗或竞争现象的方法来研究量子算法和量子密码[5]·而且量子力学的方法又将具有悠久历史的经典对策论拓展到一片崭新的天地。 　 　 量子克隆与量子复制 　 1 量子不可克隆定理 自从克隆羊“多莉”问世以来,克隆一词已家喻户晓.人人都在谈论克隆爱因斯坦和克隆 希特勒是否可能,人们进一步关注这样一个根本性问题,即克隆技术是否万能.量子力学中有一个基本定理告诉我们,一个未知的量子态不可以克隆,这就是量子不可克隆定理,它限定了克隆技术的适用范围.早在1982年,wootters和Zurek就在英国著名刊物〈自然〉上发表了一篇短文,题目为“单个量子不可能被克隆,,[1]·这篇论文在发表后相当长的时间内并未引起人们足够的重视,只是近年来随着信息科学的迅猛发展,人们才体会到该论文的重要性,并重新激发起研究量子克隆的热情. W一Z的论文提出这样一个问题,是否存在一种物理过程,实现对一个未知量子态的精 确复制,使得每个复制态与初始量子态完全相同?该文证明,量子力学的线性特性禁止这样的复制,这就是量子不可克隆定理的最初表述.量子态不可克隆是量子力学的固有特性,它设置了一个不可逾越的界限.量子不可克隆定理是量子信息科学的重要理论基础之一.量子信息是以量子态为信息载体(信息单元).量子态不可精确复制是量子密码术的重要前提,它确保了量子密码的安全性,使得窃昕者不可能采取克隆技术来获得合法用户的信息.鉴于这个定理的重要性,近年来人们对它作了进一步的研究,揭示出更丰富的物理内涵[2一5]. 2 量子复制机 量子不可克隆定理断言,非正交态不可以克隆,;但它并没有排除非精确克隆即复制量子 态的可能性.现在文献大多同时用到术语量子克隆和量子复制,两者含义的差别为,一般前者 指精确复制,而后者允许输出态与输入态有一定偏差.最近,量子复制引起人们很大兴趣[9-14],研究的中心问题是寻找最佳的量子复制机,尽可能精确地复制所有输入态. 为了表征量子复制机的性能,必须引入描述输入态和输出态接近程度的物理量. 换句话讲,通过选取不同的参数,我们可以设计出性能不同的量子复制机.文献[9]选择了一组合适的参数,使得量子复制机的性能与输入模的态无关,且两个输出模的态完全相同,但不等于输入模的态.这表明输入态在复制过程中不可避免地遭到破坏.该文选择的一组最佳参数使得这种破坏达到最小程度,并证明,输入、输出态之间的保真度最高可以达到5/6. 3 概率量子克隆机 前面已指出,量子不可克隆定理的W-z证明基于量子力学中的叠加原理,至少需要3个以上的量子态,该证明才能行之有效.两个非正交态不可克隆是由量子演化的么正性决定的.但是在量子力学中,并非所有的过程都能用么正算符来表示,测量就是一个典型的非么正演化.于是一个很有意义的问题是,把么正演化和测量过程结合起来,是否可以提高量子机器的克隆能力?更具体一点,两个非正交态是否可以通过一个么正明缩过程来精确克隆呢?我们把么正演化和测量过程相结合,实际上构造了一种概率量子克隆机.此机器以确定的大于零的概率产生输出,而且输出态一定是输入态的精确复制态.为构造概率量子克隆机,测量和合适的么正演化都是不可缺的.如果只有么正演化,显然非正交态不可以精确克隆;另一方面,如果只有测量,当输入态为非正交态时,机器不可能对其中任意一个输入态都以大于零的概率产生输出,且输出态是输入态的精确复制态.因此构造概率量子克隆机的关键是要设计出合适的么正演化并要联系测量过程. 我们可以进一步考虑具有N种可能输入态的情况.在量子力学中,无论是么正演化,还是测量过程,都是线性的,因此,类似量子不可克隆定理的W一Z证明,线性相关的量子态不可能被同一物理过程克隆,即使是采用最一般的么正规缩过程。但是反过来,是不是线性无关的量子态总可以通过一个么正确缩过程来概率克隆呢?这一点远非显然,但我们证明,情况确实如此[18].可以设计出一种概率量子克隆机,它同样由么正演化和测量构成,其输入为N种可能的线性无关的量子态.无论对于哪个输入态,该机器以大于零的概率产生输出,且输出态一定是输入态的精确复制品.对于给定的N种可能的输入态,也可以设计出最佳的概率量子克隆机,它的效率不依赖于输入态,并且达到最大值. 4结语 量子不可克隆定理的研究虽然已经有较长的历史,但是量子克隆和量子复制成为量子信息论中的一个研究热点,则是在1996年之后,特别是关于量子复制机和概率量子克隆机的工作.目前,人们对这一领域的兴趣有增无减.一方面,人们继续寻找量子复制机在量子密码窃听以及量子态的测量、估计和重建中的可能应用[11];另一方面,人们发现概率量子克隆和量子态的确认及量子计算机中的编程具有内在的联系[19].在量子克隆和量子复制领域,还有许多问题有待于进一步的研究. 量子隐形传态 　 1 何谓量子隐形传态 在科幻电影或神话小说中,常常出现这样的场面:一个神秘人物在某个地方突然消失掉,其后却在别的地方莫明其妙地显现出来.远距隐形传物(tdeportation)的概念即来源于此.人们可以将这种隐形传物的过程想像成为如下图像:有股神奇的力量将被传送的人或物瞬间地离解掉,被离解的各种基本单元(如原子)弥散于大自然中,于是这个人或物便在人们面前消失掉,随后在另一个地方则发生相反的过程,自然界中相关的原子在这股神奇力量作用下汇集起来并构造成与原来一模一样的人或物.更接近于物理规律的一种想法是:先提取原物的所有信息,并将这些信息传送到接收地点,然后依据这些信息,选取与构成原物完全相同的基本单元(如原子),制造出原物的完美的复制品.遗憾的是,这种实现远距隐形传物的方法是违背量子力学的不确定关系的.不确定关系认为,不可能对一个物体(量子体系)的所有物理量都进行精确测量,因而提取一个物体的所有信息是不可能的.当然,人们还可以提出另一种不必对物体进行力学量测量的可能方案.按照量子力学的理论,物体的全部信息可由其量子态给出,换句话说,只要我们能精确地复制物体的量子态,并使远处相同类型的原子集合处于与原物完全相同的量子态上,则这种隐形传物也就成为现实.可惜的是,完全精确地复制量子态是不可能的,它违背了量子力学的一条基本定理,即量子不可克隆定理[1],也就是说,通用的量子复制机是不存在的.因此,隐形传物只不过是种幻想而已.当然还必须指出,隐形传物与医学上广泛采用的CT技术以及通讯中的传真技术是不同的.CT技术恢复出的图像仅仅是视觉效应,而不是被传送后的物,传真的图像在量子力学的层次上看,由于不确定原理的限制,它不可能与原来的图像一模一样. 1993年,Bennett等4个国家的6位科学家联合在〈Phys.Rev.Lett)上发表了一篇题为“经由经典和EPR通道传送未知量子态,'的开创性文章[2],重新点燃人们研究隐形传物的兴趣,并引发一系列富有成果的研究. Bennett等人提出的是一种量子隐形传态(quantum tdeportation)的方案,其基本思想是:为实现传送某个物体的未知量子态,可将原物的信息分成经典信息和量子信息两个部分,它 们分别经由经典信道和量子信道传送给接收者.经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的,量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息.接受者在获得这两种信息之后,就可以制造出原物的完美的复制品.在这个过程中,原物并未被传给接受者,它始终留在发送者处,被传送的仅仅是原物的量子态,发送者甚至可以对这个量子态一无所知,而接受者是将别的物质单元(如粒子)变换成为处于与原物完全相同的量子态,原物的量子态在发送者进行测量及提取经典信息时已遭破坏.因此,这是一种量子态的隐形传送,最终恢复原物量子态的粒子也可以不必与原物同类,只要它们满足相同的量子代数即可.由于经典信息对量子态的隐形传送是必不可少的(否则将违背量子不可克隆定理),而经典信息传递速度不可能快于光速,因此,量子隐形传态也不会违背相对论的光速最大原理. 著名的EPR(Einstein一Podolsky-Rosen)效应和Bell基就可以描述量子隐形传态的基本原理. 实验研究进展 1997年12月,奥地利学者(其中第二作者是中国科技大学毕业生)在国际著名刊物〈自然〉上报道了世界上第一个实现量子隐形传态的实验结果[15],此事轰动了学术界和欧美的新闻界.紧接着,意大利学者于1998年初在〈Phys.Rev.Lett.〉上也报道了另一个成功的量子隐形传态实验结果[16]·1998年底,美国两个研究小组又分别成功地采用不同的方案,在实验上实现了量子隐形传态。 结语 量子隐形传态应用了量子特性来实现信息的传送和处理，其信息容量大，可靠性高。这种方法能完成纯经典方法或纯量子方法所无法做到的量子态传送。当然，载可以预见的将来，人们不可能采用这种方法来实现科幻小说中的那种宏观物体得以隐形传送。然而，量子隐形传态的实验成功更激发起人们的研究热情，它将在量子计算和量子通讯等方面获得重要的应用。当然,诸如热库引起的EPR对的消纠缠等问题妨碍着量子隐形传态的实现.尽管如此,量子隐形传态的提出深刻启迪人们:量子力学的奇妙特性还有待于我们进一步认识和揭示.我们深信在下一个世纪,量子理论的发展和应用将会有更灿烂辉煌的前景.