“至少我們可以一起死了。”好多影迷或許還記著《星際迷航》里這樣的片段，這是McCoy醫生和Spock在外星被敵人包圍時的一聲嘆息，但正是這個時候Spock被飛船瞬間傳送走了，留下一臉無奈的McCoy孤軍奮戰：“Again?”
你也許還在對這里人類瞬間傳輸(Teleportation)的技術感到不可思議。但這樣的科幻場景近日正在中國和加拿大兩地的實驗室演繹。
“幽靈般的超距作用”
本周在《自然》雜誌子刊《自然·光子學》上發表的兩篇論文，闡述了中國合肥市和加拿大卡爾加里市通過數千米光纖網絡的量子隱形傳態試驗。這兩項獨立研究表明，通過城市網絡進行量子隱形傳態(quantumteleportation)在技術上是可行的，並為未來城市範圍的量子技術和通信網絡，比如量子互聯網打下了基礎。這標誌著科學家們已經在量子旅行領域取得重大突破。
不過和《星際迷航》中傳輸的是星際艦隊的官員不同，這兩個研究團隊是在城市光纖網絡中將量子信息傳送出數公里遠的距離。這種突破可幫助創建更快的“量子互聯網”、更安全的計算機網絡，未來甚至有可能幫助人類實現“瞬間移動”(或稱量子隱形傳輸)。
其中合肥的研究是由此前負責“墨子號”量子通信衛星的首席科學家、中科大潘建偉、中科大張強等與中國科學院上海微系統與信息技術研究所、清華大學、上海交通大學等研究機構合作完成的。研究人員在合肥量子城域通信試驗網上首次實現了預先糾纏分發的獨立量子源之間的量子態隱形傳輸，為未來可擴展量子網絡的構建奠定了堅實基礎。
量子隱形傳態是一種傳遞量子狀態的重要通信方式，是可擴展量子網絡和分布式量子計算的基礎。在量子隱形傳態中，遙遠兩地的通信雙方首先分享一對糾纏粒子，其中一方將待傳輸量子態的粒子(一般來說與糾纏粒子無關聯)和自己手里的糾纏粒子進行貝爾態分辨，然後將分辨的結果告知對方，對方則根據得到的信息進行相應的幺正操作。
愛因斯坦曾稱這種量子糾纏現象為“幽靈般的超距作用”，可被用於遠距離傳輸信息。糾纏態預先分發、獨立量子源幹涉和前置反饋是量子隱形傳態的三個要素。在此之前，國際上還沒有任何一個量子隱形傳態實驗同時滿足上述所有要求。
此前的研究中顯示，粒子可以在室內範圍瞬間傳輸，甚至光線曾被傳輸穿過奧地利多瑙河。而此次的兩項研究證實通過城市光線進行量子隱形傳輸是可行的。新的研究可幫助創造“量子互聯網”，與當今網絡相比，它的速度更快、更高效、更安全。
潘建偉小組首先和清華大學合作開發了適合光纖網絡傳輸的時間相位糾纏光子源，然後通過發展皮秒級的遠程光同步技術和使用光纖布拉格光柵進行窄帶濾波，成功地解決了兩個獨立光子源之間的同步和幹涉問題;接著開發了針對遠距離光纖所造成的延遲和偏振漲落以及實驗系統的穩定性等問題的主動反饋系統;最後利用中科院上海微系統所開發的超導納米線單光子探測器，在合肥量子城域通信網絡的30公里鏈路上實現了滿足上述三要素的量子隱形傳態實驗。
同日，《自然·光子學》也在線發表了加拿大WolfgangTittel小組在Calgary的光纖網絡中利用獨立源的量子隱形傳態實驗結果。
量子計算機邁出實用化步伐
該實驗的成功受到高度評價，業內稱贊其“極大地推動了量子信息領域的研究”，“提供了一個符合未來量子通信網絡應用的藍圖”，“由於量子隱形傳態在眾多量子通信方案中扮演的重要角色，這樣的首次實驗驗證將是量子技術發展過程中的重要里程碑”。
巴黎國家科學研究中心量子計算機專家弗雷德里克·格羅斯漢斯(FredericGrosshans)說：“這兩項實驗已經證明，在城市範圍內實現量子隱形傳輸在技術上是可行的。毫無疑問，將來許多有趣的量子信息試驗將幫助建立這種網絡。”
紐約城市大學物理學教授加來道雄(MichioKaku)表示，這種技術突破可幫助人類瞬間移動。他稱這種技術在本世紀末即可成為現實，人類在宇宙中“瞬移”只是時間問題。
除此之外，這兩項實驗也將對加密技術產生影響，幫助信息更安全地傳輸，包括在地球和太空船之間的通信。而且，量子隱形傳輸也可被用於金融領域，比如確保遠距離情況下的銀行賬戶安全。
不過這種遠距離的光纖傳輸要得到更加實際的應用，還得依賴於量子計算機的研發。中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心、中科大上海研究院張文卓副研究員對《第一財經日報》表示：“這是量子比特首次在城市光纖網絡中實現遠距離傳輸，過去還僅限於實驗室級別。但是量子比特的發展方向是為未來量子計算機之間的通信實現全量子互聯網建立基礎。”
目前谷歌、微軟和阿里都已經建立了量子計算機實驗室。此前有外媒報道，谷歌將“最快明年年底之前就能實現目標”。然而張文卓表示：“量子計算機的研發門檻之高、難度之大，不太可能在短時間內實現。”就連谷歌高薪聘請的來自加州大學聖巴拉拉分校的知名物理學家約翰·馬提尼斯(JohnMartinis)也曾表示：“嘗試制造一臺實際意義上的量子計算機，簡直是物理學上的一個噩夢。”
不過中國科學院院士、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦此前在接受采訪時表示，就量子計算機這一前沿性科學領域由作為企業的谷歌引領這一點而言，足以說明量子計算機已非昔日科研機構“象牙塔”里的探索性科學課題，而是已經歷史性地“邁出了實用化的步伐”。