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评隔空传物梦想

隔空传物，似巫术，据说是凭借一种非定域的神奇力量。定域或非定域一词在不同场合有着不同的含义，在涉及相互感应、相互影响、相互作用的情形时，非定域作用是指那种无论距离多远的、无滞后瞬间的、无需媒介的、无可阻拦的超时空作用，常称超光速作用或类空作用。爱因斯坦称之为鬼魅远距离作用，把它比作传心术式的影响。

我们用一个比喻来说明所谓的非定域作用。假如在北京有许多龙风双胞胎，把第一对中的G1留在北京，把M1送到上海，把第二对中的M2留在北京，G2送到上海，等等。如果把双胞胎比作纠缠的量子对（量子双胞胎），假如对北京的任意一个婴儿做性别手术，比如把G1做成女孩，由于“存在”非定域作用，那么上海的同胞M1就会瞬间变成男孩。专家们认为这并非荒谬，因为手术前“量子双胞胎”各自的性别均依赖于对方而处于不确定状态。一本名家所著教材中是这样写的：“一旦对其中一个粒子做自旋取向测量，使其产生坍缩，比如向上，则另一粒子虽然处于遥远而未知的地方，也将瞬间同时发生自旋态朝下的坍缩。” 他们认定有非定域作用，但并不讳言那是一种尚不清楚的神奇力量。

现在许多专家认为，量子纠缠意味着非定域作用，相信这已为量子力学实验违反贝尔不等式所“证明”。1993年，贝内特等6人根据非定域作用提出一个隔空传物（teleportation）理论和通信应用方案。teleportation 也被译作量子隐形传态、量子离物传态或量子态超空间转移。惊人的是，奥地利泽林格领导的研究组和意大利马提尼的研究组各于1997和1998年报告量子隐形传态已经实验实现。后者比前者投稿早了三个月，争要优先权。贝内特自己把隔空传物比作伏都（巫术），伏都教（voodoo）的巫师擅长通灵术，替人除祸消灾。

隔空传物理论和所谓“实验实现”产生的反响耐人寻味。诺贝尔物理奖得主约瑟夫森2001年在一篇短文中写道：“量子理论与信息和计算理论现在已被富有成效地结合起来。这些发展可以导致对像传心术等过程的解释，传心术是不列颠的研究前沿领域，这些过程在传统科学中还是不能理解的。”一位博士在试论“气”的物质属性一文中谈到：“许多高功夫［气功］师都能感觉到意念的瞬间性可能是超光速的（不同于电磁波），量子力学长期以来也坚持量子作用是超光速的（称为非定域性），...这一点对于揭示气功外气的量子属性有很重要的意义。”中国科技大学潘建伟教授说：“也许在某个世纪，真的能够传输人类本身，就像《星际旅行》中的科学幻想。”他的前博导泽林格估计“也许一千年后真的能够远距离转移一只咖啡杯。”最乐观的是，美国《福布斯》杂志对20年后新职业预测中有隔空传物专家一项，写道：“想象走到街区尽头的隔空传物站，拆毁身体，接着就在上班处出现。汽车不会有了，汽车修理工不需要了，加油站服务员不需要了，基于隔空传物器的全新经济可能发展起来。”一位网友梦想：“比如再遇到1998年那样的洪水，江防现场再也不会因运输困难，而缺乏紧急救灾物资。国务院的指挥中心，只要输入仓库和现场的电子地址，执行指令后，江边可以立刻出现成吨的水泥、沙袋等等。”此类梦想，不一而足。

让笔者杜撰一个幽默故事。北京要派孙悟空立刻去深圳任动物园园长，巧遇特大台风和洪水，一切交通中断。幸好两地都有隔空传物专家以及有双胞胎猴子可以帮助解决问题，这对猴子，一只在北京，另一只在深圳，都持有同胞的全息像，好比是互相纠缠的。现在北京的隔空传物专家按程序首先要做的是，把老孙-猴子联合体按特定方式拆分，用数学语言，即把描述老孙的态矢量与这对猴子的纠缠态张量的“张量乘积”投影到描述四只八卦炉的各个态张量上。四只炉子是四对双胞胎猴子的化身，代表老孙与猴子的四种不同基本纠缠方式，专干对老孙进行脱胎换骨的勾当。贝内特等人的理论表明，在2号炉上的投影正好是同胞的全息像，而在1号上的变了，右侧各器官都扭转了180度，在4号上左右反了，而在3号上的，不仅左右反了，右侧各器官还都扭转了180度。这时深圳的猴子当园长要等老孙在北京被销毁，因为拷贝是被禁止的。按理论，他进哪一只炉子是随机的，几率各占四分之一。这回老孙随机闯进的是2号炉，专家笃信他包含的全部信息刚好原样转移到深圳那只猴子身上。一当用手机告知是2号，深圳猴子就被“核实”是地道的孙悟空了。如果不是2号，也很简单，只要按告知的炉号，用相应的“线性变换”做一下修复就行。听起来像煞有介事，然而悟空窃喜，专家们混淆虚实，认虚为实，把俺老孙的信息就地替换深圳猴子全息像中的信息，当作信息在量子信道上的远距离隔空传送。隔空传物是巫术，悟空熟知，对付巫术要靠独门绝技。

言归正传。我们早就知道，假如在理论上能够做出一个不发散的线性波包，其中只与粒子的能量和动量相关的傅立叶分量（特征分量）就是粒子的波函数，那么它就是一个具有波粒二象性的统一体。这样的波包可以做出来，而用波包的含峰片和不含峰片的干涉可以解释杨氏双缝实验。有意义的是，它也能解释最不可思议的量子纠缠。例如考虑由非线性晶体产生的一对纠缠光子（A，B），可以设想，当光子A波包的含峰片向甲某方向运动时，B的一个不含峰片跟着A的含峰片走，如影随形，合成新的体系S1，同时，A的一个不含峰片跟着B的含峰片走，合成新的体系S2。并且，如果甲某对A的含峰片进行测量，它的伴随者也必然受到同样的测量，甚至若B的含峰片连同其伴随者在乙某处被毁了，在甲某处A的含峰片的伴随者也还总是“阴魂不散”，真所谓远在天边近在眼前，伴随成分的永不分离性是量子纠缠的根本特征。这可能就是量子理论中二光子的四波函数纠缠数学表示式所反映的真实情景，这四个波函数是上述四片的特征傅立叶分量。显然，这种方式的纠缠决定着甲某和乙某双方实验测量结果的统计性关联，这种关联无关于无端的非定域作用。爱因斯坦在1946年文章“自述”中表示“坚持认为”：“体系S2的实在状况与我们对那个在空间上同它分开的体系S1所采取的行动无关。”总之，量子纠缠并不意味着存在鬼魅远距离作用，也不意味着量子力学与相对论性因果律相抵触。元朝管道升写给夫君赵孟頫的词“你侬我侬，忒煞多情。情多处，热似火。把一块泥，捻一个你，塑一个我。将咱们两个一齐打破。用水调和。再捏一个你，再塑一个我。我泥中有你，你泥中有我。与你生同一个衾，死同一个椁。”是量子纠缠极好的写照。”顺便指出，鉴于如此的量子纠缠情景，显然半透半反镜加上符合计数测量不会有纠缠光子的功能，即通过他们不会产生真的光子纠缠或纠缠交换。

我们还注意到，贝尔对量子波包峰外部分的存在和效应毫无意识，他想当然地引进经典型的潜变量和其经典式的分布函数推出一个不等式，推论非定域性（鬼魅远距离作用）必定存在。他的不等式和类似的不等式是用“潜变量”把经典实体装扮成量子实体推导出来的，因此这类不等式根本不可以作为鉴别量子纠缠是否具有定域性的试金石，也不能用来鉴别子体系间是否存在纠缠，更不能用来鉴别量子隐形传态是否实验实现。由此看来，依据量子纠缠非定域性解释的隐形传态理论纯属数学游戏。美国康奈尔大学穆尔明教授说：“在我看来，似乎非定域性为某些深深的困惑太廉价的提供一条出路。”西班牙量子物理教授散托斯认为贝尔的结论是二十世纪物理学史上最大的忽悠（delusion）之一。非定域作用既不存在，何来量子隐形传态的实验实现？何来传送的好保真度？恐怕连一条量子态编码的短信“您好”也不能隔空传送成功。
 
对神话和巫术，不妨一笑了之，但是，我们不能不冷静地、认真地思考一下目前一种流行的说法：“量子隐形传态可用于大容量、原则上不可破译（万无一失）的保密通信，也是量子计算的基础。”这个魅力无限的梦想前景吸引了不少量子世界的拓荒者和投资者。近十年来，它在媒体上已闹得沸沸扬扬，实际上，真的业绩乏善可陈。不无担心，量子信息科学的发展有迷失方向的危险。以笔者拙见，不仅量子隐形传态（隔空传物），一切取决于非定域作用的信息技术开发方案都不能指望成功，更不能指望通过这类研究来否定爱因斯坦一生坚持的定域实在论思想。

（作者：北京大学物理学院王国文）