罗彻斯特大学林赛·瓦里奇著 罗切斯特大学物理学助理教授约翰·尼科尔的实验室里，一个量子处理器半导体芯片被连接到一个电路板上
尼科尔和物理学教授安德鲁·乔丹正在探索在遥远的电子之间创造量子力学相互作用的新方法，承诺在量子计算方面取得重大进展
学分:罗切斯特大学
亚当·芬斯特 “把我举起来”是《星际迷航》系列中最著名的口号之一
这是当一个角色希望从一个遥远的地方传送回企业号星舰时发出的命令
虽然人类的心灵运输只存在于科幻小说中，但在量子力学的亚原子世界中，心灵运输是可能的——尽管不是像电视上典型描述的那样
在量子世界中，传送涉及信息的传输，而不是物质的传输
去年，科学家证实，即使光子之间没有物理联系，信息也可以在计算机芯片上的光子之间传递
现在，根据罗切斯特大学和普渡大学的新研究，电子之间也可能进行隐形传送
在《自然通讯》上发表的一篇论文和《物理评论十》上发表的一篇论文中，包括罗切斯特大学物理学助理教授约翰·尼科尔和罗切斯特大学物理学教授安德鲁·乔丹在内的研究人员探索了在遥远的电子之间创造量子力学相互作用的新方法
这项研究是改进量子计算的重要一步，反过来，量子计算有潜力通过提供更快、更高效的处理器和传感器来革命技术、医学和科学
“幽灵般的动作” 量子隐形传态展示了阿尔伯特·爱因斯坦著名的“幽灵般的远距离行为”——也称为量子纠缠
在量子物理学的基本概念之一——纠缠中，一个粒子的性质影响另一个粒子的性质，即使粒子相隔很远
量子隐形传态涉及两个遥远的纠缠粒子，其中第三个粒子的状态瞬间“传送”给两个纠缠粒子
量子隐形传态是量子计算中传递信息的重要手段
一台典型的计算机由数十亿个晶体管组成，称为位，而量子计算机将信息编码为量子位
一个位只有一个二进制值，可以是“0”或“1”，但是量子位可以同时是“0”和“1”
单个量子位同时占据多个状态的能力是量子计算机巨大潜力的基础
科学家最近通过使用电磁光子来创建远程纠缠的量子比特对，演示了量子隐形传态
然而，由单个电子组成的量子位也有望在半导体中传输信息
“单个电子是很有前途的量子位，因为它们很容易相互作用，半导体中的单个电子量子位也是可扩展的，”尼科尔说
“可靠地创造电子之间的长距离相互作用对于量子计算至关重要
" 然而，创造跨越长距离的纠缠电子量子位对(这是隐形传态所必需的)被证明是具有挑战性的:虽然光子自然地传播了很长的距离，但电子通常被限制在一个地方
纠缠电子对 为了演示使用电子的量子隐形传态，研究人员利用了一种基于海森堡交换耦合原理的最新开发技术
一个单独的电子就像一个条形磁铁，有一个北极和一个南极，它们可以指向上或下
磁极的方向——例如，北极是向上还是向下——被称为电子的磁矩或量子自旋状态
如果某些种类的粒子有相同的磁矩，它们就不可能同时在同一个地方
也就是说，处于同一量子态的两个电子不能相互叠加
如果他们这样做了，他们的状态会在时间上来回交换
研究人员使用这种技术来分配纠缠电子对，并传送它们的自旋状态
“我们为‘纠缠交换’和‘量子门隐形传态’提供了证据，在‘纠缠交换’中，即使粒子从不相互作用，我们也在两个电子之间产生纠缠，而‘量子门隐形传态’是一种使用隐形传态的量子计算的潜在有用技术，”尼科尔说
“我们的工作表明，即使没有光子，这也是可以做到的
" 这些结果为未来涉及所有物质(不仅仅是光子)自旋态的量子隐形传态研究铺平了道路，并为量子比特半导体中单个电子惊人的有用能力提供了更多证据
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