熱知識：瞬間傳送漫談

01-31

接著最近星際迷航的熱映，順帶來討論一下其中最為人津津樂道的瞬間傳送技術吧。

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首先，介紹兩個基本概念。

1.瞬間移動（即題主所說的瞬間傳送技術，teleportation）:

瞬間移動是超心理學領域中超感官知覺的一種，指的是將物體傳送到不同的空間、或者自己本身在一瞬間移動到他處的現象與能力。瞬間移動經常出現在科幻作品當中，這一類作品經常將此種能力設定為有如非連續性空間跳躍般的狀態，和極度的高速移動是不同的現象。以目前的科學而言，只有量子隱形傳態技術能夠達成瞬間傳遞量子態訊息至不同位置。

引自Teleportation

2.量子隱形傳態技術（又稱量子隱形傳輸、量子隱形傳送，quantum teleportation）：

量子隱形傳態是一種利用分散量子纏結與一些物理訊息（physical information）的轉換來傳送量子態至任意距離的位置的技術。量子遙傳並不會傳送任何物質或能量。這樣的技術在量子信息與量子計算上相當有幫助。然而，這方式無法傳遞傳統的資訊，因此無法使用在超光速的通訊上面。量子遙傳與一般所說的瞬間移動沒有關係–量子遙傳無法傳遞系統本身，也無法用來安排分子以在另一端組成物體。

引自Quantum teleportation

在電影以及電視劇系列《Star Trek》中，一言不合就傳送的特技屬於上面的第一種，偏科幻：

在物理領域，人們常常提到的傳輸技術是第二種，屬於現實範疇，已有多重工程應用：

圖片來自Quantum teleportation of multiple degrees of freedom of a single photon : Nature : Nature Research

上面這幅圖是潘建偉團隊演示的一個光子的兩個自由度(自旋和軌道角動量)的「量子隱形傳送」，這個實驗非常的複雜，甚至運用了混合型貝爾態(Bell-state)測定方案。而之前的大多系統演示都屬於單光子的一個自由度的傳送，而隨著自由度越多，需要的量子系統、量子協議也越複雜多變，而人體是一個龐大的體系，擁有數以億計的細胞與分子，交錯的神經網路，信息與意識不斷的交換輸出，因此，如果你說要基於現實討論，現代物理學得指數進化到什麼樣的階段才能實現「真人版瞬間傳送」呢？

為了簡化問題，我將人體物化為碳原子基體，一個普通成年男性的體重為70kg，那麼他的身體里至少有：

根據這個 $3.5times 10^{27}$ 數字，我們來看以下問題：

<1> 量子隱形傳送

如前面所說，量子力學上的傳送並不是「實物」，轉換系統實際上輸出的是量子粒子的「狀態」——角量子數、角動量等等信息。

圖片摘自https://www.youtube.com/watch?v=dAaHHGHuy1c

簡而言之，好處就是即便你一開始並不知道原始粒子的量子狀態，你也可以通過量子隱形傳送實現其量子狀態的準確輸出。但是即便這樣的高明有效，你還是要將這個傳送系統的複雜程度乘上 $3.5times 10^{27}$ 之多！！！！！！

圖片摘自https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs

這是一個你需要思考一會的數字，然而更為可怕的是，就像上面潘建偉團隊的量子實驗一樣，傳送一個人體不只是簡單的傳送每個原子的量子狀態（比如自旋和軌道角動量），因為人體序列的高度有序性（highly ordered），你還要知道所有原子的在那個時刻的準確位置！！！

<2> 解構人體、傳送信息再重構人體

你需要一台掃描儀來記錄人體中每個原子的準確位置，它的準度一定要達到氫原子的尺寸，也就是差不多 $10^{-10}$ m的位置偏差率，要把這個準度放到1米的距離上需要每個原子大約30個小數位，也就是每個原子的信息要達到100個二進位單位。而這將會給數據帶來很大的冗餘度（redundancy），讓我們樂觀地假設我們可以將這些數據壓縮成每個原子1比特，那麼我們也至少需要 $10^{27}$ 個比特的數據才能恰好定位人體中所有原子的位置。

根據維基詞條「Zettabyte」（澤位元組，Zettabyte），全球所有的電腦和信息儲存裝置的數據儲存容量為幾個澤位元組（1 zettabyte = $10^{21}$ bytes = $10^{22}$ bits），所以要掃描一個人體至少需要消化10000倍於全球數據總儲量的數據！

圖片來自https://www.google.ca/search?q=quantum+memory&espv=2&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjYtprGk7DOAhVCRyYKHQMUDNAQ_AUIBigB#imgrc=e6G68c9Q75bglM%3A

根據維基詞條Internet traffic（Internet traffic），我們可以知道2011年全球的信息流量為每月27,000 petabytes（1 petabytes = $10^{15}$ bytes = $10^{16}$ bits），如果以這個速率運轉的話，那麼傳送一個完整人體儲存的信息量至少需要：

也就是需要1080萬年，這又是一個需要深思的數字，你確定你要傳送嗎？

就算你可以完成這項艱巨的任務，儲存、傳輸再在目的地釋放數據，還是有一個問題揮之不去：

掃面原始身體然後重構終點身體。

什麼意思呢？掃描你的原始身體需要先行摧毀它，因為你需要物理地將身體里的每個部分拆除才能得到內里的原子，那麼你必須要在極短的時間內完成這個階段，不然你將死去，然後在目的地重組的是一個已經死去的你！