量子轉(zhuǎn)向（量子導(dǎo)引）是類似于量子糾纏的一種奇怪的非定域現(xiàn)象，它不能通過被轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的任何聯(lián)合操作來完美復(fù)制。這一新的“不可克隆”定理是我國研究人員的工作結(jié)果，這一發(fā)現(xiàn)不僅對基礎(chǔ)物理學(xué)很重要，還可能對量子密碼學(xué)和量子計算產(chǎn)生影響。

傳統(tǒng)計算機以“位”的形式存儲信息，其值要么為1要么為0。相比之下，量子計算機將信息存儲在兩級量子系統(tǒng)中，比如光子的水平和垂直偏振態(tài)，或者電子的“上自旋”和“下自旋”狀態(tài)。這些量子比特或量子位的狀態(tài)不限于0和1，它們也可以以一種被稱為疊加的中間組合形式存在。然而，量子系統(tǒng)的完整狀態(tài)永遠不可能被完全知道，這意味著量子比特的完美復(fù)制是被禁止的。這就是所謂的“不可克隆”定理，它構(gòu)成了量子密碼學(xué)的基礎(chǔ)。

另一個重要的原理是兩個或多個量子位可以糾纏在一起，這意味著它們之間的關(guān)系比經(jīng)典物理學(xué)所允許的要密切得多。當(dāng)兩個量子位糾纏在一起時，測量其中一個量子位的狀態(tài)會自動告訴你第二個量子位的狀態(tài)，不管它們相距多遠。例如，如果你知道一個粒子的自旋，你就可以確定另一個粒子的自旋。

阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)現(xiàn)糾纏的這一方面令人不安，因為這意味著糾纏的粒子可以以一種非局域的方式影響彼此的狀態(tài)，他稱之為“幽靈般的超距作用”。在1935年發(fā)表的一篇論文中，他和他的同事鮑里斯·波多爾斯基(Boris Podolsky)和內(nèi)森·羅森(Nathan Rosen)反對這種形式的非定域性，以他們的首字母縮寫命名為EPR悖論。然而，后來的研究表明，他們的論點是不正確的：2022年的諾貝爾物理學(xué)獎被授予了三位實驗家，他們在已故理論家約翰·斯圖爾特·貝爾(John Stewart Bell)的工作基礎(chǔ)上，證明了糾纏是非定域性確實是我們物理世界的一部分。

然而，量子糾纏并不是量子理論中非定域性的唯一形式。另一種類型，被稱為量子轉(zhuǎn)向，由薛定諤提出，作為EPR悖論的推廣。在量子糾纏中，參與量子交易的雙方(傳統(tǒng)上稱為Alice和Bob)都信任用于產(chǎn)生各自狀態(tài)的量子粒子的來源。量子轉(zhuǎn)向引入了這種設(shè)置的不對稱性：現(xiàn)在只有一個來源(比如Alice)是可信的。這使得Alice能夠“操縱”Bob觀察到的粒子的狀態(tài)，這意味著她對糾纏粒子對中她那一半的測量會以一種無法用經(jīng)典解釋的方式影響B(tài)ob那一半的狀態(tài)。

在新工作中所展示的“指導(dǎo)不可克隆原則”增加了我們對這種形式的非局部性的理解。原始的不可克隆定理表明，沒有任何物理操作可以完美復(fù)制未知的量子態(tài)。而我國研究人員的發(fā)現(xiàn)表明，如果一個已知狀態(tài)的量子轉(zhuǎn)向“太量子”，那么這個狀態(tài)就不能被完美復(fù)制。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，一種被稱為EPR轉(zhuǎn)向的密切相關(guān)的量子相關(guān)類型可以被部分克隆。EPR轉(zhuǎn)向存在于可以被用來令人信服地證明量子轉(zhuǎn)向的狀態(tài)中，即使被轉(zhuǎn)向狀態(tài)的觀察者不相信測量者。因此，它可以被視為比量子轉(zhuǎn)向“更強”的量子特性。研究人員說：“在被第三方‘Charlie’攻擊的Alice和Bob之間的量子信息任務(wù)中，我們使用克隆機器在lice和Bob之間的EPR轉(zhuǎn)向上設(shè)置了閾值，以排除lice和Bob之間的EPR轉(zhuǎn)向。”

審核編輯：劉清