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阿凡達的靈魂傳輸

我看了兩次詹姆斯·卡梅隆的《阿凡達》,一次在春節前,看的是IMAX,一次是春節後,看的是3D。《阿凡達》作為一部大片,自然以娛樂為主,但也有一些人文精神在裡面,比如說人類過於執著於物質,反而不如潘多拉星上的土著納威人可以「通靈」。當然納威人的通靈不是我們地球上各種宗教中的那些方式,而是某種生物集合之間情感和精神的傳輸。這裡我用「傳輸」兩個字,就是想表達《阿凡達》中的一個重要科幻元素,是靈魂的teleportation,對應中文的「傳輸」一詞。

靈魂的傳輸是納威人的一種本能,在地球人這裡,最高的形式就是將人類的思維移植到你的「阿凡達」中去。阿凡達是英文avatar的音譯,這個英文單詞是化身的意思。人類躺進一部機器中去,像是睡著了一樣,靈魂就跑到阿凡達的大腦中去了。電影《阿凡達》在這裡似乎嚴格忠於科學,因為在量子物理中,我們有所謂量子不可複製原理,即你不可能將某個量子系統的態嚴格複製到另一個量子系統上去,除非你破壞原來那個系統的狀態。所以,你的靈魂只能傳輸到阿凡達的大腦中去,卻不能被拷貝過去。傳輸過去後,原來的你將處於完全不同的狀態,在電影中是休眠狀態。

納威人要將一個人的靈魂傳輸到另一個人身上去,必須借助聖樹和愛娃的力量,而愛娃則借助潘多拉星球上所有生物的能力。主角傑克就是這樣,在他和納威人以及潘多拉星球上的其他人一起趕走地球人之後,他更願意活在他的阿凡達體內,所以聖樹就成了量子傳輸機,將他的靈魂輸運到阿凡達體內,而他自己的身體就死亡了。

靈魂輸運是一種徹底的傳輸,而納威人和潘多拉其他動物的交流則是借助辮子與辮子對接,這大概是一種量子通訊,這裡我們不作更多探討。

回到量子傳輸。2010年5月16號,《自然光子學》刊物發表了一篇由清華大學和中國科學技術大學合作的論文,他們在北京和懷來之間實現了距離達16千米的量子傳輸實驗。事後,不少人在網上說這個合作小組成功地使得一個密碼箱在一個地方消失,而在另一個地方突然冒出來,似乎真的在現實世界實現了「傳輸」這個英文詞的原來意義。這當然是誤傳,以現在的技術,我們只能做到非常有限的傳輸。那麼,這種技術到底怎麼實現的?現在能做到的又是什麼?

我們前面說到量子不可複製原理不允許我們將一個量子態完美地複製(任何態說到底是量子態),但在1993年,著名的查爾斯·本尼特(Charles H. Bennett)和他的合作者提出一種方案可以實現量子輸運。考慮最簡單的物理系統,一個粒子(其實是離子)或一個光子,這個系統只有兩個可能的態。例如光子,有兩種偏振。當然光子其實有無限多個可能的態,都可以由兩種偏振組合起來,得到更一般的偏振。現在,甲有一個光子A,他想將這個光子的偏振傳輸給在另一個地方的乙,可以叫作通訊,也可以叫作傳輸。最簡單的方法是將這個光子發射給乙,但發射的過程會破壞這個光子的偏振。為了解決這個問題,本尼特等人建議,還要另外準備一對光子,並且讓這對光子處於最大糾纏狀態(就是說,這對光子的態一模一樣,這可以通過半導體輻射實現)。現在,甲將處於糾纏態的一個光子B發射給乙,自己保留另一個光子C。為了將光子A的偏振「拷貝」到乙手裡的光子B上,甲同時對自己手中的光子A和C進行觀測,然後將觀測結果告訴乙,乙就可以根據觀測將手裡的光子B的態「調到」A的態。這裡涉及的具體量子力學原理我們不細說,我們只強調過程。

電腦是用0和1組成的字串來處理信息的,同樣,我們可以利用一組光子的狀態處理信息。從上面的介紹可以看到,為了將一串光子的態從甲處傳輸到乙處,我們就需要為這組光子準備一組成對的且處於最大糾纏的光子。這個原則上並不難,困難在於如何將其中的一半光子平安地發射到另一個地方。

在清華和科大聯合小組的實驗之前,最大的傳輸距離只有幾百米,現在的傳輸距離一下子達到了16千米,超過地面到通訊衛星的有效距離了(高空空氣稀薄,所以有效距離變短)。這個實驗將量子通訊的實現推進了一大步。

我們知道,所有物體,包括人類,都是由分子原子組成的,傳輸一個物體就是將這個物體中的每個分子原子的狀態完全傳輸到另一地,也許,這種光子和離子的實驗在未來會漸漸擴大到傳輸一個宏觀的物體。直到那時,《阿凡達》中的靈魂輸運,《星際迷航》中的人的整體輸運才會逐漸變為可能。

附錄:新浪科技訊 北京時間2012年9月7日消息,據美國物理學家組織網6日報道,維也納大學和奧地利科學院的物理學家憑借143千米的成績打破量子遠距傳輸的最遠距離紀錄。這項成就是在朝著基於衛星的量子通訊道路上向前邁出的重要一步。研究成果刊登在《自然》雜誌上。