叠加学堂superposition

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

概念8 分钟第 36 / 80 节更新于 2026-10-18

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 ∣Φ+⟩|\Phi^+\rangle。Alice 手里还有一个待传的 ∣ψ⟩=α∣0⟩+β∣1⟩|\psi\rangle=\alpha|0\rangle+\beta|1\rangle。

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 ∣ψ⟩|\psi\rangle 一起破坏掉,两个结果看起来完全随机,和 α\alpha、β\beta 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 ∣ψ⟩|\psi\rangle。

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 I/2I/2,测不出任何关于 α\alpha、β\beta 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 ∣ψ⟩|\psi\rangle 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。

隐形传态把粒子本身瞬移到远处,所以比光快。
传态只把态转移到预先存在的纠缠比特上,原件被测量销毁,且必须等两个经典比特到达才能完成。
「隐形」指的是不需要知道态的参数,不是不需要信道。
一句话结论

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。

本节自测 · 3 题
未作答
01传态完成后,Alice 原来那个比特上的态怎么样了?
02经典比特还在路上时,Bob 能从自己的比特里学到 α\alpha、β\beta 吗?
03完成一次传态,必须消耗什么?