隐形传态:传的是态不是物质
传态需要两个经典比特,而且原态会被销毁
你想把一个不知道系数的量子态送到远处。不能复制,也不能一路「看」着它走过去——任何测量都会改掉它。隐形传态给出一条绕路:把态拆成「纠缠 + 两个经典比特」,让接收方自己重建。
三步协议
第一步,制备纠缠。Alice 与 Bob 各拿一个比特,合起来处于 。Alice 手里还有一个待传的 。
第二步,Bell 测量。Alice 对自己手里的两个比特做 CNOT 与 H,再在计算基上测量,得到两个经典比特。测量把原来的纠缠与 一起破坏掉,两个结果看起来完全随机,和 、 没有关系。
第三步,修正。Alice 把这两个测量结果用普通信道发给 Bob;Bob 按这两个结果决定要不要补 X、要不要补 Z。四种组合对应四种修正,做完之后,他手里的比特就是 。
注意顺序:经典比特不到,Bob 什么也做不了。他手里的约化态在等待期间一直是 ,测不出任何关于 、 的信息。
为什么不是复制,也不是超光速
不可克隆定理说,不存在一个酉操作能把任意未知态精确复制。传态没有违反它:Alice 的原始比特在 Bell 测量中被销毁了,最后只剩 Bob 手里这一份。传的是「态」,不是「物质的副本」。
也不能超光速。两个经典比特必须真的从 Alice 走到 Bob,而携带它们的信号走不快于光;在它们到达之前,Bob 的本地态与 无关。纠缠提供的是相关性,不是信道。这条绕路并不快,它只是把「必须传的量子信息」换成了「必须传的经典信息」。
实验上,光子、超导、离子阱等平台都做过传态;难度不在原理,而在让纠缠分发、Bell 测量和经典通信同时足够快、足够准。每传一次,都要消耗一对预先分发的纠缠。
隐形传态用一对纠缠和两个经典比特,把一个未知量子态搬到远处;原态在测量中销毁,接收方要等经典指令才能重建。它既不是复制,也不是超光速,而是把「量子信息」和「经典信息」分工得最清楚的一条协议。