如何通俗地理解「量子传输」，原理是什么，有何依据？
你有没有想过，有没有一种办法，能把某个物体的信息瞬间传递到另一个地方，就像科幻电影里的“空间跳跃”一样？ 很多时候，我们会把“量子传输”和这种“瞬移”混为一谈，但实际上，它和科幻电影里的那种“把人传过去”的概念，有着本质的区别。
通俗点说，量子传输更像是在一个地方“复制”一个物体的所有信息，然后在另一个地方用这些信息“组装”出一个一模一样的复制品，同时，原有的物体信息会被“销毁”或者说“改变”。这听起来还是有点抽象，我们不妨把它比作一次“信息搬家”，而且搬家过程中，原有的家具会被拆散，但信息一点不差地传到了新家，然后新家被重新组装起来。
量子传输到底是怎么回事？
为了更好地理解，我们得先聊聊几个核心的“量子玩家”。
1. 量子比特（Qubit）： 我们平常电脑处理信息用的是“比特”，只能表示0或者1。但量子比特可不一样，它可以同时是0又是1，这种状态叫做“叠加态”。你可以想象一个硬币，在空中旋转的时候，它既不是正面也不是反面，而是一种“又正又反”的状态。一旦我们观测它，它就会“塌缩”成正面或者反面。
2. 量子纠缠（Entanglement）： 这是量子传输最神奇的基石。两个或多个量子比特可以“纠缠”在一起，形成一种特殊的联系。一旦它们纠缠了，无论它们相距多远，其中一个量子比特的状态发生变化，另一个量子比特也会瞬间做出相应的改变。它们就像一对心有灵犀的双胞胎，一个打个喷嚏，另一个即使远在天边也会跟着打个喷嚏。而且这种联系是“非局域性”的，不受距离影响。
量子传输的原理：信息“克隆”术
有了量子比特和量子纠缠这两个法宝，量子传输的原理也就有了基础。要实现量子传输，我们需要三样东西：
发送者 (Alice)： 她有一个量子比特（我们称之为目标量子比特），她想把这个量子比特的状态传输给接收者Bob。
接收者 (Bob)： 他需要收到Alice的目标量子比特的状态。
一个“信道”： 这个信道并不是传递目标量子比特本身，而是传递一些“经典信息”（也就是我们平常通信的信息，比如0或1）。
过程大概是这样的：
1. 制造纠缠对： Alice和Bob事先准备好一对纠缠的量子比特，Alice手中有一个（我们称之为A1），Bob手中也有一个（我们称之为B1）。
2. Alice的“混合操作”： Alice手里的目标量子比特（我们称之为Q）和她手里的纠缠量子比特A1，被Alice进行了一次特殊的“联合测量”或者说“混合操作”。这个操作会把Q和A1的状态“混合”在一起，并且破坏了Q原本的状态。
3. 经典信息传递： 混合操作后，Alice得到了两个经典的测量结果（比如00, 01, 10, 11中的一种）。她把这两个经典的测量结果，通过一个普通的通信信道（比如互联网）发送给Bob。
4. Bob的“重组”： Bob收到Alice发来的经典信息后，根据这些信息，对Bob自己手里的纠缠量子比特B1进行一系列特定的操作（比如翻转，或者不操作）。
5. 信息“重现”： 奇迹发生了！经过Bob的操作后，他手里的纠缠量子比特B1的状态，就变成了一个和Alice原本的目标量子比特Q一模一样的状态。而Alice原本的目标量子比特Q的状态，则因为混合测量，已经被破坏，不再是原来的状态了。
关键点：
这不是“瞬移”： 量子传输并没有把Alice手中的那个物理粒子“瞬间移动”到Bob那里。它传递的是“量子态”，也就是那个粒子的所有信息，比如它的“自旋”方向，或者“偏振”方向。
经典信息的“指引”： 量子传输的完成，需要依赖于Alice通过经典信道发送的测量结果。没有这些经典信息，Bob就不知道如何对他的量子比特进行操作，也就无法“重组”出目标量子比特的状态。所以，量子传输的速度，最快也不会超过光速（因为经典信息的传递速度受光速限制）。
“不可克隆定理”： 量子力学有一个重要的“不可克隆定理”，它禁止我们复制一个未知的量子态。量子传输正是利用了这一点，它在“克隆”信息的同时，也“销毁”了原始的信息，这恰恰是符合量子力学原理的。
量子传输的依据：量子力学定律
量子传输的理论基础，完全建立在量子力学的基本原理之上，主要包括：
量子叠加原理： 量子比特可以处于多种状态的叠加。
量子纠缠原理： 纠缠态的量子比特之间存在非局域性的关联。
量子测量理论： 测量会引起量子态的塌缩。
量子不可克隆定理： 无法完美复制一个未知的量子态。
这些原理是经过无数次实验验证的，比如双缝干涉实验、EPR佯谬的验证实验（贝尔不等式的违反）等等，都为我们理解量子世界的奇异行为提供了坚实的基础。
总结一下
你可以把量子传输想象成这样：
你想把一个非常珍贵的、独一无二的花朵的“生命信息”（比如它的颜色、形状、香气等等所有特征）精确地复制给远方的朋友，同时保证你自己的那朵花在信息传递过程中“消失”。
纠缠量子比特 就像你和朋友手里各自持有的、能够彼此感应的“魔法花盆”。
目标量子比特 就是你想要复制的“生命信息”本身。
Alice的混合测量 就像你用一种特殊的方式，把你的花和你的魔法花盆“融合”了一下，在这个融合过程中，原来的花被“打散”了，但它的“生命信息”被“记录”到了你和朋友的花盆的关联中。
经典信息的传递 就像你通过普通电话告诉朋友，刚才你花盆里的“魔法信号”是什么样的。
Bob的操作 就像你的朋友根据你告诉他的信号，在他的魔法花盆里“施法”，把“生命信息”重新“组合”出来，形成一朵和他花盆关联的新花。
最重要的是，这个过程是概率性的，并且受到量子力学定律的严格约束。虽然我们不能真的“瞬间移动”物质，但通过这种“信息克隆”的方式，我们确实可以在量子层面实现信息的“传输”。
量子传输目前主要是在实验室里通过光子、原子等微观粒子来实现的，它的应用前景非常广阔，尤其是在量子通信和量子计算领域。比如，我们可以用它来建立绝对安全的量子通信网络，或者在未来的量子计算机之间高速传输计算所需的信息。
所以，虽然没有科幻电影里那么酷炫，但量子传输背后的原理，以及它能够实现的“信息克隆”能力，本身就充满了令人着迷的科学魅力。
网友意见
2017年6月15日，Science杂志头版刊登出了关于中国的量子卫星“墨子号”的好消息，那就是“墨子号”首次量子纠缠的传输距离记录提高到了上千公里。当我初次看到这条消息的时候，不知为何，我的关注点居然是在这颗卫星的名字上。墨子号？这不会是在向《三体》致敬吧？我发了条朋友圈后才发现我不是一个人，还有其他的同学也首先想到了《三体》。
“墨子号”这个名字是否是为了向《三体》致敬，我们不得而知。但是在《三体》中，刘慈欣的确使用了量子纠缠这一概念：三体人建造了“智子”送到了地球，并利用量子通讯通过“智子”与地球上的叛军进行事实交流。所以，当该新闻出来后，不少三体粉丝纷纷发文称“智子”通讯方式找到了现实依据。但是在这里，我要给这些三体粉丝泼盆冷水——那就是《三体》中对于量子通讯的理解在科学上来说是不正确的，而且三体中的远距离瞬间通讯方式是永远不可能实现的。
首先，我要说我非常敬佩刘慈欣，他是一位非常杰出的科幻作家，《三体》是我心目中最棒的科幻小说——它蕴含了科学、历史、人性和宗教等等多方面的深刻的思想。科学上给我印象最深的莫过于将几百米长的碳纳米管两端横架在巴拿马运河之上，利用碳纳米管的高强度斩断叛军的轮船；当时我就惊叹大刘出色的科学素养和想象力。但是对于量子通讯这方面，大刘应该是基于剧情需要所以才这样创作的——实际上，这样的瞬间量子通讯从理论上是不可能实现的。今日，不少人对于量子通讯的理解是错误的——他们认为量子通讯可以实现信息的超光速传播。所以我觉得我今天很有必要给大家介绍一下量子通讯。
量子通讯的基础是量子纠缠。而量子纠缠起源于EPR佯谬——EPR佯谬是爱因斯坦、波多尔斯基和罗森三人提出，他们发表了一篇题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗？》的论文。在这篇论文中，他们设计了一个思想实验：假设两个粒子纠缠在了一起，然后基于貌似合理的假设——定域实在论，即将两个纠缠在一起的粒子分开到无穷远后，对一个粒子单独产生作用不会影响另一个粒子的状态；通过这一假设加上一些数学上的推导，他们最终证明量子力学的描述是不完备的，是存在瑕疵的。随后量子力学哥本哈根学派创立人玻尔撰文进行了反驳，他指出这个“定域实在论”假设是不正确的：哪怕两个纠缠的粒子分开到了无穷远，对一个粒子的作用依旧会影响到另一个粒子的状态。直到爱因斯坦逝世前，他们依旧谁也无法说服谁。在爱因斯坦逝世10年后，物理学家贝尔提出了贝尔不等式；该不等式可以从实验上进行验证究竟谁是对的。贝尔的初衷是想证明爱因斯坦是正确的——因为他支持爱因斯坦；但是最终的各种实验结果表明，玻尔才是正确的。也就是说，两个粒子一旦纠缠到了一起，无论将它们分开多远，它们之间永远都是关联的；确定一个粒子的状态，另一个粒子的状态也会瞬间被确定。
可能这时候有人会说，这不就相当于瞬间传输了信息了吗？假设情侣A和B有一对纠缠的定情信物（粒子AA和BB），然后A留一个，给B一个，A和B相隔有4光年远（地球和三体星的距离）；当A想对B说话时，就把话说给AA听，那么B可以从BB那里得到消息吗？答案是否定的。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，信息的传输速度不可能超过光速。超光速是可能发生的，但是不可以携带任何的信息。
一个超光速的例子就是，假设我有一束超强的激光从地球照射到了月球表面，那么我在地球端将激光移动一个小角度，在月球上的光斑的移动速度就可以超过光速。但是这个超过光速没有携带信息，因为信息是我在地球上移动了光斑，这个信息是以光速传播到月球上的，也就是说我在地球上移动光斑后1.3秒（光从地球传输到月球的时间），月球上的光斑才会以超光速开始移动。另一个超光速的例子是相速度——相速度是可以超越光速的，但是也不携带信息；携带信息的群速度是不可能超过光速的。
那么如果A想通过AA对B传输信息，具体步骤是怎样的呢？就是A要对AA进行测量获得一些经典信息；AA发生了改变，BB也发生了改变，BB现在在B的手上，这是一个量子的信息；现在A要将经典信息告诉B，这时候传输经典信息的速度被光速所限制；B拿到了经典信息后，与量子信息结合在一起，就能重现A想传达的信息了。所以，虽然量子纠缠是瞬时过程，量子通讯依然不能超过光速。
可能有人会问，那么A直接想想传输的信息通过经典信息全告诉B，不就可以省下很多麻烦事了吗？量子通讯的优势何在呢？优势在于防窃听。经典的通讯是没法察觉窃听的。而量子通讯则不同：因为窃听也是一种测量，会对量子体系有作用，量子通讯是可以察觉到窃听的存在的；此外，就算有人窃听，因为窃听人不拥有纠缠的粒子，所以哪怕窃听了也是无法获取信息的。
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