量子隐形传态是一种将粒子(如量子比特)的量子态从一个位置转移到另一个位置的方法,而无需物理移动粒子本身。它依赖于量子纠缠和经典通信。该过程不传输物质或能量,但能够在远程位置精确地重建量子比特的状态。重要的是,原始量子比特的状态在过程中会被破坏,这符合量子不可克隆定理,该定理阻止了对未知量子态的完美复制。
该过程涉及三个主要步骤。首先,创建两个纠缠的量子比特(具有相关状态的粒子)并在发送者(Alice)和接收者(Bob)之间共享。例如,如果 Alice 和 Bob 各自持有一个来自纠缠对的量子比特,他们的测量结果将始终相关,即使在远处也是如此。接下来,Alice 对她想要隐形传输的量子比特和她拥有的纠缠对的一半进行联合测量。此测量会将两个量子比特坍缩为四种可能的状态之一,Alice 通过经典信道(例如,电子邮件或无线电)将此信息传达给 Bob。最后,Bob 使用此经典信息将特定的量子操作(如 Pauli-X 或 Z 门)应用于他的纠缠量子比特,从而重建原始量子比特的状态。一旦 Bob 的量子比特与原始状态匹配,隐形传输就完成了。
量子隐形传态在量子计算和安全通信中具有实际应用。例如,在量子网络中,它可以实现远距离连接量子处理器,从而形成分布式量子计算机。但是,它需要预先共享的纠缠和经典通信,这限制了它的速度为光速。当前的实现,例如 IBM 和其他人测试的实现,受到错误率和退相干的限制,但错误纠正和稳定量子比特的进步可能会解决这些挑战。从事量子协议的开发人员可以利用隐形传态来执行诸如量子纠错或构建模块化量子系统等任务,在这些系统中,量子比特在设备之间共享。