什么是量子隐形传态

量子门隐形传态是一种先将量子门应用于纠缠态，再通过该纠缠态将目标量子比特隐形传输的技术。这种方法在直接对目标量子比特施加量子门操作可能会破坏它们时很有用。

开放目的地隐形传态是一种接收端位于多个位置的隐形传态变体，2004年利用五光子纠缠实现了这一技术的演示。

科学家还实现了两个单量子比特的复合态的隐形传态。

2011年，实验人员报告了带宽高达10MHz的光波包隐形传态，同时保留了强非经典叠加态。

2013年，科学家报告了"完全确定性"量子隐形传态，采用了一种混合技术。

2014年，科学家宣布了一种通过量子隐形传态可靠传输数据的方法，优于以前不可靠的方法。

2015年，科学家进行了首次实验，实现了量子粒子多个自由度的隐形传态。

首先，发送方（Alice）和接收方（Bob）之间需要建立一个量子纠缠态。这种纠缠态建立了两个粒子之间的统计相关性，使得一个粒子的量子态可以传递到另一个粒子。

Alice对想要传输的输入量子比特和其中一个纠缠粒子执行贝尔态测量。这种测量将随机将两个光子投影到四个贝尔态之一，每个结果的概率为25%。

Alice将贝尔态测量的结果（两个经典比特）发送给Bob。这些经典信息本身并不包含要传输的量子比特的完整信息。

根据从Alice接收到的两个经典比特，Bob对他的纠缠粒子应用三种可能的单粒子操作（X、Y或Z旋转）之一。经过这一步，Bob的粒子就获得了Alice想要传输的原始量子比特的量子态。

通过这个过程，输入量子比特的量子态被传输到了Bob的粒子上，而不需要任何物质或能量的实际传输，从而实现了量子隐形传态。

量子隐形传态可用于提高容错量子计算的错误率。通过使用一种增强对环境误差保护的逻辑门排列，随着使用的量子比特数量的增加，门级数也会增加，而门排列的对角化程度也会有所不同。这种更高维度的分析涉及克利福德层次结构的更高级别门排列，可以减少量子计算的噪声和资源需求。

量子隐形传态可用于在已具有量子信息的系统之间传输信息，从而基于先前存储的信息改进过去的计算。研究人员已经证实了将一个量子比特传输到已经具有一个量子比特信息的光子的过程，使用了一个光量子比特-量子四位门纠缠门。这可以通过利用先前存储的量子信息增加计算的可能性。

量子隐形传态已被用于演示逻辑操作的隐形传态，如在逻辑编码的量子比特之间确定性地传输CNOT操作。将门的物理应用与目标量子比特分离，在直接应用门到目标量子比特可能会破坏它的情况下，这种方法可能会很有用。

实验表明，通过以"Clifford层次"的方式排列逻辑门，可以增强对环境误差的保护，并减少由于量子计算机中更多逻辑门而产生的噪声。处理这些误差和噪声是量子隐形传态面临的一大挑战。

随着量子比特数量的增加，逻辑门的排列变得更加复杂，对角化程度也会有所不同。研究人员正在探索利用量子隐形传态来提高容错量子计算的误差容忍度和资源效率的方法。将量子隐形传态扩展到更高维度和更复杂系统是一项挑战。

虽然量子隐形传态可以传输量子信息，但它无法以超过光速的速度传输物理物体，因为发送方和接收方之间仍需传输经典信息。克服这一限制仍然是该领域的一个活跃研究和发展方向。

量子隐形传态的概念最早由物理学家查尔斯·H·本内特等人于1993年提出。他们提议利用量子纠缠的特性，可以在不实际传输量子系统本身的情况下，将其量子态从一个地点传送到另一个地点。这一理论为量子通信和量子计算奠定了基础。

在理论提出后的几年里，科学家们开始尝试在实验室环境中实现量子隐形传态。2014年，科学家们首次成功地将一个光子的量子态传输了3米的距离。2015年，这一距离被延长至150米。这些实验为量子隐形传态的进一步发展奠定了基础。

随着技术的进步，科学家们开始尝试传输量子粒子的多个自由度，如自旋和轨道角动量等。2017年，研究人员成功实现了光子自旋和轨道角动量的同时隐形传态，为未来传输更复杂的量子态铺平了道路。

量子隐形传态不仅在量子通信领域有重要应用，在量子计算方面也扮演着关键角色。通过利用"克利福德层次"门电路，量子隐形传态可以提高容错量子计算的错误容忍度，使得构建大规模量子计算机成为可能。

虽然量子隐形传态取得了长足进步，但要实现远距离和大规模的量子态传输仍面临诸多挑战。科学家们正在努力提高传输效率、扩大传输距离，并探索量子隐形传态在量子互联网和量子模拟等领域的应用前景。

量子隐形传态传输的是量子态信息，而非物质或能量。发送方无需知晓被传输量子态的具体状态，接收方的位置也可以是未知的。与之相反，经典通信仅传输经典信息，如无线电信号，不涉及量子态的传递。

量子隐形传态虽然可实现量子态的"瞬时"传输，但为完成整个过程，仍需要经典信息在发送方和接收方之间传递。因此，量子隐形传态的速度不能超过光速。而经典通信则完全受限于光速。

量子隐形传态利用了量子力学中的量子纠缠和量子叠加态等独特现象，是量子计算和量子通信的基础。而经典通信则完全基于经典物理学原理，如电磁波等，不涉及量子效应。

量子隐形传态为研究量子计算和量子网络奠定了基础，在这些领域具有广阔的应用前景。而经典通信在当前的信息传输领域已经得到了广泛应用。