神秘隧道能让物质瞬间转移?《封神演义》中的土行孙突然消失又出现,科幻电影《星际旅行》中人体传送器让宇航员瞬间抵达外星球——这些幻想是否可能成真?量子物理学的发展正一步步为人类铺就从幻想走向现实的道路,但人体瞬间转移仍面临不可逾越的科学鸿沟。
量子隐形传态:从理论到实验
量子隐形传态(Quantum Teleportation)是基于量子纠缠的通信技术。1993年,美国物理学家贝尼特等人提出方案:将原粒子的量子态信息传递到远处另一个粒子上,使后者成为原粒子的精确复制品。传输的是量子态,而非粒子本身。传输结束后,原粒子失去原有量子态,获得新态。
2004年,美国国家标准与技术研究所的科学家通过激光将三个带正电的铍原子的量子态复制到8微米外的另一个原子上,耗时4毫秒,成功率达78%。奥地利因斯布鲁克大学另辟蹊径,采用钙原子以75%成功率实现量子态隐形传输。这些里程碑实验验证了基本原理。
此后,实验不断进步:2014年荷兰代尔夫特理工大学成功将量子态传输3米;2017年中国“墨子号”量子科学实验卫星将光子量子态传输到1200公里外;2021年,中国科学家首次将量子隐形传态距离拓展至1400公里。然而,这些成就仍只针对单个光子或少数原子。
电子“隧穿”与量子信道
德国科学家曾在《自然》杂志报告首次测量到电子通过量子信道“逃离”原子。量子信道是微观世界中量子不受干扰传输的通道,类似于光纤在光学系统中的作用。电子受原子核约束,通常需要足够能量才能挣脱。但量子力学允许一种“隧穿”现象:即使能量不足,电子也可直接通过量子信道逃逸。中国科学技术大学韩正甫教授比喻道:“这就像一个石子放在碗里,即使碗壁能量更大,石子也能莫名其妙地跑出来——就像变魔术。”
科学家利用阿秒激光(百亿分之一秒脉冲)攻击氖原子,首次观测到隧穿全过程,证实了量子信道的存在。
人体瞬间转移的三大难题
尽管微观世界量子隐形传态已实现,但人体宏观物质转移遭遇根本性障碍。
难题一:唯物质化所需的极端能量 要将人体变为光速移动的物质,必须破坏原子核内部强力。物理学家计算,需将身体加热至约1万亿摄氏度,比太阳内部温度高数百倍,所需能量超过迄今人类总能耗约1000倍。
难题二:数据量灾难 发射仪器需获取人体所有原子的精确结构信息。每个原子约需1000字节信息,整个人体总信息量高达10的31次方字节。相比之下,全球所有图书信息量仅约10的15次方字节——仅是完整描述一个人所需信息的1亿分之一。即便用最快计算机传输这些数据,所需时间远超宇宙年龄2000倍。
难题三:测不准原理的根本限制 根据海森堡测不准原理,无法同时精确获知一个粒子的位置和动量。若要完美复制人体,必须知道每个原子的全部信息,这在量子力学框架下原则上不可能。
未来展望
量子隐形传态技术正快速发展,但仅适用于微观单粒子或少量粒子。人体由约7×1027个原子组成,且存在量子退相干、经典信息与量子信息转换等难题。美国物理学家艾利克斯·罗尼(Alex Roney)指出:“即便我们能克服能量和数据量问题,测不准原理也将彻底封死宏观物体‘瞬间转移’的道路。” 目前,任何关于人体瞬间转移的设想仍严格停留在科幻领域。
相关论文:Bennett et al. (1993) Physical Review Letters; Bouwmeester et al. (1997) Nature; Furusawa et al. (2004) Nature; Ren et al. (2017) Nature.