一种颠覆性技术,量子隐形传输能实现,用DNA合成机器却很困难( 二 )


细节(量子态)“瞬间转移”到另一粒原子上去 , 而无须知道它的状态 。 这也就意味着 , 未来或许可以制造出一种能够传送原子数据的传输机 。 后续的实验研究证明 , 这种可能性确实是存在的 。 就在我撰写这本书的时候 , 就出现了一个远距离量子隐形传态的记录 , 一个国际研究团队利用欧洲航天局设在加那利群岛的光学地面站重现了相隔143公里之外的一个光粒子的特点 。 这个实验让我们看到了在拉帕尔玛岛和特内里费岛之间的光粒子状态(即光子)的瞬间转移 。
隐形传输(瞬间转移)还有另外一个巨大的潜能:它有可能使一种新型计算机(量子计算机)的运行速度和解决问题的速度比现在的计算机快上数百万倍 。 1998年 , 一个来自加州理工学院的团队报告了他们的一项实验研究成果 , 那是关于光束的量子态隐形传输的第一个实验证据 。 他们的量子态隐形传输是在单个光子之间、光子与物质之间以及单个离子(带电原子)之间实现的 。
一种颠覆性技术,量子隐形传输能实现,用DNA合成机器却很困难
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随后 , 第一个宏观物体的隐形传输也实现了——这一物件大到足以让人的肉眼看到 。 这次传输发生在两个原子系统之间 , 每个原子系统都由大约1亿个铷原子组成 , 每个原子系统的长度大约为1毫米 , 它们由一条150米长的光纤连接着 。 这个研究团队是中国科技大学现代物理系微尺度物理学国家实验室的潘建伟教授领导的 。 这个研究团队告诉我们 , 这项技术可以用于在未来的量子计算机和网络之间传输和交换信息 , 从而催生了有关“量子互联网”的推测 。
不过 , 尽管这些进展都给我们留下了非常深刻的印象 , 但是真正实现隐形传输(就像《星际迷航》中那样)仍然只是一个相当遥远的前景 。 在接受《科学美国人》杂志采访的时候 , 加州理工学院的H.杰夫·金布尔(H.Jeff Kimble)应邀澄清了关于隐形传输的最大误解(金布尔是隐形传输的开创者之一 , 他在1998年完成第一个隐形传输实验) 。 他指出“认为物体本身被传输 , 这是一个误解 。 我们不会把物质材料发送出去 。 如果我想要送你一架波音757 , 我可以把所有的零部件发送给你 , 或者我也可以送给你一张囊括了所有零部件细节的蓝图 。 送一张蓝图显然更容易 。 隐形传输是一个有关如何把一个量子状态(波函数)从一个地方发送到另一个地方的协议 。 ”如果要成功地瞬间转移一个人 , 那么你需要有关他的原子的大约1032比特的信息 。
但是 , 当然 , 正如金布尔所暗示的 , 你可以传送数字化的指令或软件 。 一个人类基因组大约只含有6×109比特的信息 。 我的团队正在完善一种技术 , 它可以让我们以电磁波的形式发送数字化的DNA密码 , 然后在一个遥远的地方用一种独特的方法来接收这些密码 , 从而重新创造生命 。 这是粒子类型的两个基本域之间的传输 。 我们现在已经知道 , 地球上所有生命都是基于化学物质的系统 , 这些生命系统中的每个结构成分——DNA、RNA、蛋白质、脂质和其他分子——都是由不同的化学元素(碳、氢、氧、铁 , 等等)的个体原子所组成的 。
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这些元素和它们自身的构建模块或构件(例如 , 绕原子核轨道运行的电子和组成原子核的夸克)统称为“费米子”(fermions) 。 费米子得名于伟大的科学家恩里科·费米(Enrico Fermi , 1901—1954) , 这个术语是由英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac , 1902—1984)创造出来的 。 希拉克“因发现了原子理论中非常有用的新形式”而与薛定谔一起分享了1933年的诺贝尔物理学奖 。 另一类则统称为玻色子 , 它包括希格斯粒子和所有传递作用力的粒子 , 尤其是胶子、W和Z玻色子、光子以及电磁波类物质 。 费米子和玻色子之间的主要区别在于一种被称为“自旋”(spin)的量子特性 。 按照定义 , 玻色子是整数自旋的 , 而夸克、电子和其他费米子都是半整数自旋的 。 这就导致它们在行为上出现了巨大的差异 。 费米子与所有化学过程有关 , 因而也与生物学有关 。

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