無論是量子信息、量子密碼、量子計算等等，所有想要在計算或通訊中應(yīng)用量子力學(xué)規(guī)律的領(lǐng)域，都離不開一個基本的位元：量子比特。從前面的章節(jié)我們已經(jīng)了解到，量子比特是一個量子態(tài)，由于量子態(tài)的疊加性質(zhì)，n個量子比特能夠表示的狀態(tài)數(shù)比n個經(jīng)典比特能表示的狀態(tài)數(shù)多得多，因此，量子比特比經(jīng)典比特聽起來更強(qiáng)大、更有用多了。不過，我們也知道，量子態(tài)是不確定的、難以對付的。除此之外，它還有個經(jīng)典比特完全沒有的性質(zhì)：不可克隆定理。
量子態(tài)不可克隆定理說: 一個未知的量子態(tài)是不可克隆的。有學(xué)者在1982年（見參考資料）從量子態(tài)疊加原理的推論，而證明了這個定理。在此，我們只是從測不準(zhǔn)原理來粗淺地理解這個定理：從經(jīng)典'克隆'的意義上說，要想精確地復(fù)制一個物品，首先就要得到（測量）這個物品的所有的信息。然而，對一個遵循量子規(guī)律的系統(tǒng)（比如量子比特），我們不可能同時精確測量它的所有物理量，因為根據(jù)"海森堡測不準(zhǔn)原理"，在同一時刻以相同精度測定量子的位置與動量是不可能的，我們只能精確測定兩者之一。
從量子論的觀點(diǎn)而言，測不準(zhǔn)原理應(yīng)該被稱為"不確定性原理"更恰當(dāng)一些。但如果使用經(jīng)典的圖像來想象微觀世界的話，叫做"測不準(zhǔn)"可能還更容易理解。比如，以測量電子為例，所謂測量，一定要使用測量方法和工具，要對電子進(jìn)行測量，最好的方法就是使用激光去與電子相互作用。原子中的一個電子，從經(jīng)典角度看，它的運(yùn)動軌道是如此之?。?0-10米），它的運(yùn)動速度又是如此之快（106米/秒），在這種快速運(yùn)動情形下的電子，被測量它的光子頂頭一撞，速度和位置都全變了，又怎么可能測得準(zhǔn)呢？
比如說，利用光被電子散射，可以測量電子的位置，但不可能將粒子的位置確定到比光的波長更小。所以，要想將位置測量準(zhǔn)確，必須用更短的波長的光，而波長更短的光子具有更大的能量，就對電子的速度產(chǎn)生更大的擾動，使得速度更不能測準(zhǔn)，反過來說也是一樣。
"量子不可克隆定理"，是指在不知道量子狀態(tài)的情況下復(fù)制單個量子是不可能的，因為要復(fù)制單個量子就只能先作測量，而測量必然改變量子的狀態(tài)。我們在介紹量子比特時提到過，一個qubit有兩個自由度，由于測不準(zhǔn)原理的限制，我們無法準(zhǔn)確地測量這兩個自由度，因此也就無法精確地克隆出這個量子比特的狀態(tài)。
量子態(tài)不可克隆，這是在通訊中使用量子比特的極大優(yōu)越性。這個優(yōu)點(diǎn)保證了量子密碼、量子通訊的安全性。但是，也由此而為它在通訊上的真正應(yīng)用設(shè)置了難以逾越的障礙。在我們現(xiàn)代社會中鋪天蓋地的通訊網(wǎng)中，每秒鐘都在復(fù)制、傳輸著天文數(shù)字個比特的信息。僅拿一臺ADSL上網(wǎng)的計算機(jī)來說吧，如果網(wǎng)速是512Kbps，那就是每秒鐘傳輸51.2萬個比特。可是，量子比特怎么辦呢？連復(fù)制都不行，如何傳輸呢？
科學(xué)家總能想出一些竅門，不能克隆沒關(guān)系，我們照樣傳輸它們！這就是近年來在這個行業(yè)內(nèi)熱門的話題，叫做"量子隱形傳輸"。
美國的國際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）不愧是計算機(jī)行業(yè)的龍頭老大，它不僅引領(lǐng)著傳統(tǒng)的經(jīng)典計算機(jī)的研發(fā)和制造，在量子計算機(jī)的研究方面，幾十年來也獨(dú)樹一幟，不論在理論方面，還是實(shí)驗方面，都進(jìn)行了大量的研究工作。比如上一節(jié)中提到過的"可逆計算" 的IBM科學(xué)家R. Landauer，他在1961年對"可逆計算"的研究就與量子計算機(jī)研究有關(guān)。
"量子隱形傳輸"的理論設(shè)想，是由另一位IBM研究中心的研究員，查爾斯·亨利·貝內(nèi)特最先提出來的。貝內(nèi)特1943年生于美國紐約市，既是一位物理學(xué)家，又是信息理論學(xué)家，是現(xiàn)代量子信息理論的開山鼻祖之一。
貝內(nèi)特1970年從哈佛大學(xué)得到博士學(xué)位后，于1972年加入IBM的研究隊伍。在IBM，他做了大量有關(guān)量子信息學(xué)方面的工作。他曾經(jīng)提出對麥克斯韋妖的重新解釋，他與同行們合作開發(fā)了BB84量子密碼協(xié)議，并建立了世界上第一個量子密碼的工作演示。
1993年，Bennett等六人團(tuán)隊，在"物理評論快訊"上發(fā)表文章，提出"量子態(tài)隱形傳輸"的設(shè)想。設(shè)想將一個未知量子態(tài)的完整信息，合作通過兩個獨(dú)立的通道（經(jīng)典和量子）發(fā)送出去，在新的遠(yuǎn)離的位置重新組合后，產(chǎn)生一個在發(fā)送過程中被破壞了的原始量子態(tài)的精確副本。
貝內(nèi)特等人的想法可由下圖說明：
圖中左邊的Alice，想要把量子態(tài)X傳給Bob。她利用糾纏光子對A和B，Alice擁有糾纏光子中的A，而Bob擁有B。糾纏光子A、B構(gòu)成量子通道，電話或是互聯(lián)網(wǎng)可作為經(jīng)典通道。首先，Alice對需要傳送的X和她手中的A作"貝爾測量"。測量后，X的量子態(tài)塌縮了，A也發(fā)生變化。因為A和B互相糾纏，A的變化立即影響B(tài)也發(fā)生變化。然而，Bob無法察覺B的變化，直到從經(jīng)典通道得到Alice傳來的信息。比如說，Alice在電話中將測量結(jié)果告訴Bob。然后，Bob對B進(jìn)行相應(yīng)的變換處理。最后，B成為和原來的X一模一樣。這個傳輸過程完成之后，X塌縮隱形了，X所有的信息都傳輸?shù)搅薆上，因而稱之為"隱形傳輸"。
讀者從上面的說法中，可能會提出以下幾個問題：
1。既然是仍然要使用經(jīng)典的通道，那為何還要量子通道呢？用經(jīng)典通道把全部信息都傳過去好了。
2。在Alice這邊的方框中，"貝爾測量"是什么意思？
3。在Bob那邊的方框中，"變換處理"是什么意思？
提出第一個問題的人，一定是因為不記得"量子不可克隆定理"了！根據(jù)這個原理，我們是不可能得到量子態(tài)X的全部信息的，所以，從經(jīng)典通道就不可能傳遞所有信息。實(shí)際上，我們可以用經(jīng)典電傳（FAX）的例子作比喻，就知道，要想得到經(jīng)典物體的"所有信息"，是很困難的。
用電傳機(jī)發(fā)送電傳的過程，可以用上面量子隱形傳輸示意圖簡化，而得到如下圖所示的"電傳示意圖"：
從上圖看到，比之"量子隱形傳輸"，電傳過程少了一個糾纏對構(gòu)成的量子通道。在電傳過程中，首先，Alice將上面印有圖像信息的藍(lán)色紙X進(jìn)行掃描，得到需要傳輸?shù)膱D像信息。然后，將此信息從經(jīng)典通道（互聯(lián)網(wǎng)）傳給Bob。Bob收到圖像后，用另外一張紙B（綠色）將圖像打印出來。在這種傳遞過程中，"圖像"只是X的一部分信息，X的其他信息，諸如紙張材料、顏色、大小、厚度等等，并不能從掃描過程得到，也沒有被傳遞過去。況且，即使是Bob知道了這些性質(zhì)，造出一張表面看起來完全一樣的紙來打印圖像，后來的B也不能說是和原來的X一模一樣的。因為肯定不可能保證每個分子都一樣吧。
而在量子隱形傳輸中，最后的B是和原來的X完全一樣的。換言之，電傳時傳輸后所復(fù)制出來的，只是紙上圖像的信息，沒有復(fù)制出任何'實(shí)體'本身。量子隱形傳輸卻有點(diǎn)像是：從得到實(shí)體的完整信息，而復(fù)制出了'實(shí)體'本身，盡管只是一個小小的量子態(tài)！這樣說，人們可能要心情激動、歡呼雀躍："?。】苹秒娪爸羞h(yuǎn)距離傳物的時代就要來臨了！" 其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是這樣，那種想法是一個誤解。我們這兒談?wù)摰?復(fù)制"不過只是一個量子現(xiàn)象，完全不知道如何才能復(fù)制一個較大的、真正的物體。即使是海邊一顆小小的沙粒的傳輸復(fù)制，也還相距十萬八千里。
上面提到的與量子通道有關(guān)的"貝爾測量"以及"變換處理"，留到下節(jié)講解。
