中美科學家首次提出量子隔空傳輸生命體的“記憶”

在科幻電視劇《星際迷航》中，能夠遠距離傳輸宇航員的傳輸儀讓人印象深刻。在最近一項研究中，美國普渡大學李統藏教授和清華大學尹璋琦博士提出把低温冷凍的微生物放在一個電機械振子上來製備活體生物的量子疊加態，並實現其內部狀態和質心運動的量子隱形傳態。

據西班牙《阿貝賽報》1月27日報道，一支由美國普渡大學和中國清華大學的研究人員共同組成的科研團隊，設計出了迄今為止首個傳送活體微生物內部量子態的計劃。在尋找傳送活人的方法的過程中，這項研究是一個重要的進展。

研究員李統藏和尹璋琦提出的方法是使用機電振盪器和超導電路來實現這個宏偉的目標。在此次研究中，李統藏和尹璋琦提出，把一個細菌放到一個連接在超導電路里的機電振盪器上，以獲得該生物內部的超導量子態，並在隨後傳送該量子態。首先，實驗選擇的細菌比振盪器的薄膜小得多，因此不會影響到振盪器的運行。在細菌和薄膜都呈現出量子態後，該量子態可以通過微波超導電路傳輸到遠處的另一個生物身上。

如果這個微生物的質量遠小於振子，它不會對振子的性質和量子操控造成顯著影響。這個微生物可以和振子共同冷卻到量子基態並製備到疊加態。利用一個強磁場梯度，微生物的內部狀態（比如甘氨酸自由基的電子自旋）可以和微生物的質心運動糾纏，並被量子隱形傳態到另外一個微生物。因為微生物的內部狀態包含信息，這個方案能實現兩個微生物之間信息和記憶的量子隱形傳態。這項研究還討論了一個達到量子極限的磁共振力學顯微鏡方案。

研究人員還表示，他們計劃創造一個“薛定諤的貓”理論所闡釋的狀態，在這種狀態下，一個微生物可以在同一時間身處兩地。

1935年，奧地利物理學家薛定諤提出了一個假想實驗，其內容是：把一隻貓關在一個盒子裏，盒子裏還有裝着毒氣的容器和包含一顆放射性粒子的實驗裝置，這顆粒子在一定的時間內有50%的可能會衰變。粒子衰變後，毒氣就會被釋放出來，而那隻貓就一定會死。在指定的時間過去後，有50%的可能會發現粒子已衰變、貓已死亡，也有50%的可能會發現粒子未衰變、貓還活着。用量子物理學的語言説，貓處於生或死這兩種可能狀態的疊加態，只有在打開盒子的那一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。在打開盒子之前，我們可以説貓同時處於生與死的兩種狀態。只有通過打開盒子，我們才能改變這種疊加態，並確認兩種可能性中的一種。

薛定諤的貓

報道稱，薛定諤的理論第一次向公眾揭示了量子力學的深奧矛盾。在量子力學的王國裏，各種粒子經常處於疊加態，這對研究人員來説也是家常便飯，他們必須習慣於種種“不可能的”現實，比如有的電子可以同時存在於多個地點，有的粒子相互之間無論距離多遠都可以立即連通在一起，還有的粒子甚至能夠進行時間旅行。從薛定諤的假想實驗出發，物理學家們已經努力進行了數十年的研究，試圖瞭解這些量子宇宙中的奇特定律是否也可以轉移到宏觀世界中來。畢竟，我們自己和我們周圍的一切都是由粒子構成的。

尹璋琦

微生物的量子隱形傳態示意圖。利用隱形傳態能夠把振子1中微生物內部自旋S1的狀態轉移到振子2中微生物內部自旋S2中。相關論文 “Quantum superposition, entanglement, and state teleportation of a microorganism on an electromechanical oscillator” 發表在Science Bulletin（《科學通報》英文版）2016年第2期上。

當然，科學家目前已經取得了許多重要進展。在過去20年中，多支科研團隊在傳送量子態方面取得了越來越好的結果。

但是，還沒有人成功傳送過活體生物，所有已完成的實驗距離成功傳送生物或生物的量子態依然十分遙遠。

李統藏説：“我們提出了一個簡單的方法，能夠讓一個微生物同時出現在兩個地方(量子疊加態)。同時，我們還提供了一個傳送完整生物體量子態的方式。我希望我們的研究能夠啓發其他研究者，使他們認真思考微生物量子傳送的可能性，及該問題未來的種種可能。”尹璋琦指出：“我們的工作對於研究生物體內部生化活動對量子疊加態塌縮的影響也具有重要的參考價值”。

該項研究得到了美國普渡大學的啓動基金、中國國家重點基礎研究發展計劃和自然科學基金委項目資助。