在微觀領(lǐng)域中,某些物理量的變化是以最小的單位跳躍式進行,而不是連續(xù)的,這個最小的單位叫做量子。在物理學中常用到量子的概念,量子是一個不可分割的基本個體。例如,一個“光的量子”是光的單位。而量子力學、量子光學等等更成為不同的專業(yè)研究領(lǐng)域。其基本概念是所有的有形性質(zhì)也許是“可量子化的”?!傲孔踊敝钙湮锢砹康臄?shù)值會是一些特定的數(shù)值,而不是任意值。
雖然實驗中鐿離子跨越的距離只有1米,但這卻是物質(zhì)微粒在傳輸過程中所跨越的第一段宏觀距離。在此之前,遠距離傳輸分兩種,第一種是光子的傳輸,另一種是物質(zhì)粒子在幾個微米的距離間實現(xiàn)的傳輸。
光子是最先被發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)瞬間傳輸?shù)牧W印?997年,奧地利研究小組首次在實驗中實現(xiàn)了光子間的量子傳輸,這種傳輸可以通過任意遠的距離。因為光子沒有質(zhì)量,所以它的傳輸很容易實現(xiàn),但這卻造成它不能像物質(zhì)粒子那樣保存記憶的缺陷,所以僅憑光子傳輸,并不能產(chǎn)生實際應用上的空間。
2004年,第一個實物粒子之間的量子傳輸在相隔幾個微米的離子間實現(xiàn)了,但是幾微米的距離,在宏觀狀態(tài)下幾乎可以忽略不計。最終,這一物理系統(tǒng)僅僅用于實現(xiàn)類似集成電路中的基本組件上,而且實驗的原理也很難延伸,發(fā)展成宏觀距離上的量子傳輸。
物質(zhì)的遠距離傳輸,應用的是微粒糾纏態(tài)的特質(zhì)。量子物理學認為,如果通過某種方式產(chǎn)生出來一對電子,那么這對電子具有糾纏態(tài)的特征:無論將這兩個電子分開多遠,只要其中一個電子發(fā)生改變,另外一個就會發(fā)生相應改變,改變的精確度幾乎完全一致,所以,當我們測定其中一個電子的信息時,另外一個電子的信息也就全得到了。
在奧姆施因克之前,光子可以長距離傳輸,但沒有儲存能力;物質(zhì)粒子可以儲存信息,但是只能逾越幾微米。奧姆施因克最成功的地方在于,他們發(fā)現(xiàn)了第三條路,他們結(jié)合了前兩種技術(shù)的優(yōu)勢,利用了一種所謂的“糾纏交換”的技術(shù),把一個具體的傳送擴展成一系列量子隱形傳態(tài)過程,所以非常靈活。
他們在實驗中做了兩次“糾纏”,除了兩個鐿離子互相對應,他們還分別將其與一對相互糾纏的光子“糾纏”起來,當信息發(fā)生遠距離傳遞的時候,鐿離子的信息也就通過光子完成了傳遞。
但是,這樣的傳輸也只有在量子狀態(tài)下才能進行。到目前,這項實驗還只可以看作是科幻小說中“隔空傳物”的第一步,距離我們想象的還有很遠的距離。這一實驗的意義在于,它拓展了一種信息傳輸方式,其目前的前景主要是在通訊技術(shù)和計算機技術(shù)領(lǐng)域方面。