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阿凡达的灵魂传输

我看了两次詹姆斯•卡梅隆的《阿凡达》,一次在春节前,看的是IMAX,一次是春节后,看的是3D。《阿凡达》作为一部大片,自然以娱乐为主,但也有一些人文精神在里面,比如说人类过于执着于物质,反而不如潘多拉星上的土著纳威人可以“通灵”。当然纳威人的通灵不是我们地球上各种宗教中的那些方式,而是某种生物集合之间情感和精神的传输。这里我用“传输”两个字,就是想表达《阿凡达》中的一个重要科幻元素,是灵魂的teleportation,对应中文传输。

灵魂的传输是纳威人的一种本能,在地球人这里,其最高的形式就是将人类的思维移植到你的阿凡达中去。阿凡达是英文avatar的英译,这个英文单词是化身的意思。人类躺进一部机器中去,像是睡着了一样,灵魂就跑到阿凡达的大脑中去了。电影《阿凡达》在这里似乎严格忠于科学,因为在量子物理中,我们有所谓量子不可复制原理,即你不可能将某个量子系统的态严格复制到另一个量子系统上去,除非你破坏原来那个系统的状态。所以,你的灵魂只能传输到阿凡达的大脑中去,却不能被拷贝过去。传输过去后,原来的你将处于完全不同的状态,在电影中是休眠状态。

纳威人要将一个人的灵魂传输到另一个人身上去,必须借助圣树和爱娃的力量,而爱娃则借助潘多拉星球上所有生物的能力。主角杰克就是这样,在他和纳威人以及潘多拉星球上其他人一起赶走地球人之后,他更愿意活在他的阿凡达体内,所以圣树就成了量子传输机,将他的灵魂输运到阿凡达体内,而他自己的身体就死亡了。

灵魂输运是一种彻底的传输,而纳威人和潘多拉其他动物的交流则是借助辫子与辫子对接,这大概是一种量子通讯,这里我们不做更多探讨。

回到量子传输。今年5月16号,《自然光子学》刊物发表了一篇由清华大学和中国科学技术大学合作的论文,他们在北京和怀来之间实现了距离达16公里的量子传输实验。事后不少人在网上说这个合作小组成功地使得一个密码箱在一个地方消失而在另一个地方突然冒出来,似乎真的在现实世界实现了“传输”这个英文词的原来意义上的技术。这当然是误传,以现在的技术,我们只能做到非常有限的传输。那么,这种技术到底怎么实现的?现在能做到的又是什么?

我们前面说到量子不可复制原理不允许我们将一个量子态完美地复制(任何态说到底是量子态),但在1993年,著名的Bennett和他的合作者提出一种方案可以实现量子输运。考虑最简单的物理系统,一个粒子(其实是离子)或一个光子,这个系统只有两个可能的态。例如光子,有两种偏振。当然光子其实有无限多个可能的态,都可以由两种偏振组合起来,得到更一般的偏振。现在,甲有一个光子A,他想将这个光子的偏振传输给在另一个地方的乙,可以叫做通讯,也可以叫做传输。最简单的方法是将这个光子发射给乙,但发射的过程会破坏这个光子的偏振。为了解决这个问题,Bennett等人建议,还要另外准备一对光子,并且让这对光子处于最大纠缠状态(就是说,这对光子的态一模一样,这可以通过半导体辐射实现)。现在,甲将处于纠缠态的一个光子B发射给乙,自己保留另一个光子C。为了将光子A的偏振“拷贝”到乙手里的光子B,甲同时对自己手中的光子A和C同时观测,然后将观测结果告诉乙,乙就可以根据观测将手里的光子B的态“调到”A的态。这里涉及的具体量子力学原理我们不细说,我们只强调过程。

电脑是用0和1组成的字串来处理信息的,同样,我们可以利用一组光子的状态处理信息。从上面的介绍可以看到,为了将一串光子的态从甲处传输到乙处,我们就需要为这组光子准备一组成对的且处于最大纠缠的光子。这个原则上并不难,困难在于如何将其中的一半光子平安地发射到另一个地方。

在清华和科大联合小组的实验之前,最大的传输距离只有几百米,现在的传输距离一下子达到了16公里,超过地面到通讯卫星的有效距离了(高空空气稀薄,所以有效距离变短)。这个实验将量子通讯的实现推进了一大步。

我们知道,所有物体,包括人类,都是由分子原子组成的,传输一个物体就是将这个物体中的每个分子原子的状态完全传输到另一地,也许,这种光子和离子的实验在未来会渐渐扩大到传输一个宏观的物体。直到那时,《阿凡达》中的灵魂输运,《星际迷航》中的人的整体输运才会逐渐变为可能。

(《新知客》文章,勿转)

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