18.量子隐形传输（一）
无论是量子信息、量子密码、量子计算等等，所有想要在计算或通讯中应用量子力学规律的领域，都离不开一个基本的位元：量子比特。从前面的章节我们已经了解到，量子比特是一个量子态，由于量子态的叠加性质，n个量子比特能够表示的状态数比n个经典比特能表示的状态数多得多，因此，量子比特比经典比特听起来更强大、更有用多了。不过，我们也知道，量子态是不确定的、难以对付的。除此之外，它还有个经典比特完全没有的性质：不可克隆定理。
量子态不可克隆定理说: 一个未知的量子态是不可克隆的。有学者在1982年（见参考资料）从量子态叠加原理的推论，而证明了这个定理。在此，我们只是从测不准原理来粗浅地理解这个定理：从经典'克隆'的意义上说，要想精确地复制一个物品，首先就要得到（测量）这个物品的所有的信息。然而，对一个遵循量子规律的系统（比如量子比特），我们不可能同时精确测量它的所有物理量，因为根据"海森堡测不准原理"，在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的，我们只能精确测定两者之一。
从量子论的观点而言，测不准原理应该被称为"不确定性原理"更恰当一些。但如果使用经典的图像来想象微观世界的话，叫做"测不准"可能还更容易理解。比如，以测量电子为例，所谓测量，一定要使用测量方法和工具，要对电子进行测量，最好的方法就是使用激光去与电子相互作用。原子中的一个电子，从经典角度看，它的运动轨道是如此之小（10-10米），它的运动速度又是如此之快（106米/秒），在这种快速运动情形下的电子，被测量它的光子顶头一撞，速度和位置都全变了，又怎么可能测得准呢？
比如说，利用光被电子散射，可以测量电子的位置，但不可能将粒子的位置确定到比光的波长更小。所以，要想将位置测量准确，必须用更短的波长的光，而波长更短的光子具有更大的能量，就对电子的速度产生更大的扰动，使得速度更不能测准，反过来说也是一样。
"量子不可克隆定理"，是指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态。我们在介绍量子比特时提到过，一个qubit有两个自由度，由于测不准原理的限制，我们无法准确地测量这两个自由度，因此也就无法精确地克隆出这个量子比特的状态。
量子态不可克隆，这是在通讯中使用量子比特的极大优越性。这个优点保证了量子密码、量子通讯的安全性。但是，也由此而为它在通讯上的真正应用设置了难以逾越的障碍。在我们现代社会中铺天盖地的通讯网中，每秒钟都在复制、传输着天文数字个比特的信息。仅拿一台ADSL上网的计算机来说吧，如果网速是512Kbps，那就是每秒钟传输51.2万个比特。可是，量子比特怎么办呢？连复制都不行，如何传输呢？
科学家总能想出一些窍门，不能克隆没关系，我们照样传输它们！这就是近年来在这个行业内热门的话题，叫做"量子隐形传输"。
美国的国际商业机器公司（IBM）不愧是计算机行业的龙头老大，它不仅引领着传统的经典计算机的研发和制造，在量子计算机的研究方面，几十年来也独树一帜，不论在理论方面，还是实验方面，都进行了大量的研究工作。比如上一节中提到过的"可逆计算" 的IBM科学家R. Landauer，他在1961年对"可逆计算"的研究就与量子计算机研究有关。
"量子隐形传输"的理论设想，是由另一位IBM研究中心的研究员，查尔斯·亨利·贝内特最先提出来的。贝内特1943年生于美国纽约市，既是一位物理学家，又是信息理论学家，是现代量子信息理论的开山鼻祖之一。 贝内特1970年从哈佛大学得到博士学位后，于1972年加入IBM的研究队伍。在IBM，他做了大量有关量子信息学方面的工作。他曾经提出对麦克斯韦妖的重新解释，他与同行们合作开发了BB84量子密码协议，并建立了世界上第一个量子密码的工作演示。
1993年，Bennett等六人团队，在"物理评论快讯"上发表文章，提出"量子态隐形传输"的设想。设想将一个未知量子态的完整信息，合作通过两个独立的通道（经典和量子）发送出去，在新的远离的位置重新组合后，产生一个在发送过程中被破坏了的原始量子态的精确副本。
贝内特等人的想法可由下图说明：
无论是量子信息、量子密码、量子计算等等，所有想要在计算或通讯中应用量子力学规律的领域，都离不开一个基本的位元：量子比特。从前面的章节我们已经了解到，量子比特是一个量子态，由于量子态的叠加性质，n个量子比特能够表示的状态数比n个经典比特能表示的状态数多得多，因此，量子比特比经典比特听起来更强大、更有用多了。不过，我们也知道，量子态是不确定的、难以对付的。除此之外，它还有个经典比特完全没有的性质：不可克隆定理。
量子态不可克隆定理说: 一个未知的量子态是不可克隆的。有学者在1982年（见参考资料）从量子态叠加原理的推论，而证明了这个定理。在此，我们只是从测不准原理来粗浅地理解这个定理：从经典'克隆'的意义上说，要想精确地复制一个物品，首先就要得到（测量）这个物品的所有的信息。然而，对一个遵循量子规律的系统（比如量子比特），我们不可能同时精确测量它的所有物理量，因为根据"海森堡测不准原理"，在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的，我们只能精确测定两者之一。
从量子论的观点而言，测不准原理应该被称为"不确定性原理"更恰当一些。但如果使用经典的图像来想象微观世界的话，叫做"测不准"可能还更容易理解。比如，以测量电子为例，所谓测量，一定要使用测量方法和工具，要对电子进行测量，最好的方法就是使用激光去与电子相互作用。原子中的一个电子，从经典角度看，它的运动轨道是如此之小（10-10米），它的运动速度又是如此之快（106米/秒），在这种快速运动情形下的电子，被测量它的光子顶头一撞，速度和位置都全变了，又怎么可能测得准呢？
比如说，利用光被电子散射，可以测量电子的位置，但不可能将粒子的位置确定到比光的波长更小。所以，要想将位置测量准确，必须用更短的波长的光，而波长更短的光子具有更大的能量，就对电子的速度产生更大的扰动，使得速度更不能测准，反过来说也是一样。
"量子不可克隆定理"，是指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态。我们在介绍量子比特时提到过，一个qubit有两个自由度，由于测不准原理的限制，我们无法准确地测量这两个自由度，因此也就无法精确地克隆出这个量子比特的状态。
量子态不可克隆，这是在通讯中使用量子比特的极大优越性。这个优点保证了量子密码、量子通讯的安全性。但是，也由此而为它在通讯上的真正应用设置了难以逾越的障碍。在我们现代社会中铺天盖地的通讯网中，每秒钟都在复制、传输着天文数字个比特的信息。仅拿一台ADSL上网的计算机来说吧，如果网速是512Kbps，那就是每秒钟传输51.2万个比特。可是，量子比特怎么办呢？连复制都不行，如何传输呢？
科学家总能想出一些窍门，不能克隆没关系，我们照样传输它们！这就是近年来在这个行业内热门的话题，叫做"量子隐形传输"。
美国的国际商业机器公司（IBM）不愧是计算机行业的龙头老大，它不仅引领着传统的经典计算机的研发和制造，在量子计算机的研究方面，几十年来也独树一帜，不论在理论方面，还是实验方面，都进行了大量的研究工作。比如上一节中提到过的"可逆计算" 的IBM科学家R. Landauer，他在1961年对"可逆计算"的研究就与量子计算机研究有关。
"量子隐形传输"的理论设想，是由另一位IBM研究中心的研究员，查尔斯·亨利·贝内特最先提出来的。贝内特1943年生于美国纽约市，既是一位物理学家，又是信息理论学家，是现代量子信息理论的开山鼻祖之一。 贝内特1970年从哈佛大学得到博士学位后，于1972年加入IBM的研究队伍。在IBM，他做了大量有关量子信息学方面的工作。他曾经提出对麦克斯韦妖的重新解释，他与同行们合作开发了BB84量子密码协议，并建立了世界上第一个量子密码的工作演示。
1993年，Bennett等六人团队，在"物理评论快讯"上发表文章，提出"量子态隐形传输"的设想。设想将一个未知量子态的完整信息，合作通过两个独立的通道（经典和量子）发送出去，在新的远离的位置重新组合后，产生一个在发送过程中被破坏了的原始量子态的精确副本。
贝内特等人的想法可由下图说明：
