撰文|尹璋琦（天津理工学院）
上图左：真空态中未能取出自由能；上图右：量子隐型传输能量的概念图；第三幅图：量子隐型传输能量方案示意图。丨图片来源：参考资料[1]
量子隐型传输能量是美国西南学院堀田正博（Hotta）院长[2]2008年提出的一个富于想像力与争议的理论。如上图所示，在现代数学中，真空并不是空无一物的，其中饱含了涨落的能量，但我们没法把真空中涨落的能量取出来利用。假如真空中不同区域之间有量子纠缠存在，基于量子隐型传态（）的思想，消耗能量EA对子系统A进行检测，获得对A处真空涨落的信息，之后把此信息通过精典通讯传到B处，我们就可以从子系统B中获得可用能量EB了。
下边详尽解释一下这个过程。初始时，从局域上看，子系统A与B都处于能量最低的“真空”，我们将其定为能量零点，未能对外输出有用的净能量。另一方面，从整体上看A与B之间存在量子纠缠。首先对A施行检测，我们须要对它输入能量EA。检测结果下来后，假定A的态处于α量子隐态传输，由于A与B之间的量子纠缠，B将处于某个依赖于α的局域态。通过精典通讯把检测结果α告知B以后，就可以再用局域操作U(α)让B系统变换到能量为-EB的状态量子隐态传输，与此同时B系统释放出能量，也就是我们从B中取出了净能量EB。这整个过程看上去好似是对我们对子系统A注入能量EA，经过量子隐型能量传输，在远方的B系统中取出了的能量，一般EB大于EA。
量子隐型传输能量变得很离经叛道，由于要开发借助真空零点能，反而是悬疑小说中类似的概念汗牛充栋，因而论文发表在《物理评论D》（PRD）[2]后并没有太多关注。但堀田正博坚持发展这个看法，2011年他与朋友合作提出可以借助量子霍尔效应实现量子隐型传输能量，并辛运地申请到了经费支助。可不幸的是，她们遇见了2011年东台湾大地震和骤然而至的海啸，她们的实验设施毁于一旦。
2013年，堀田正博应邀去日本报告，把这个看法告诉了日本滑铁卢学院IQC研究所的Martín-Martínez等人，造成了她们的兴趣。她们很快就发觉量子隐型传输能量的看法可以帮助改进量子估算技术。研制量子计算机时，关键技术之一在于量子比特的初始化，但它又会面临真空涨落的限制。借助量子隐型传输能量的思想，2017年她们提出一种初始化量子比特的理论方案[4]。又经过多年的实验技术提高，近来她们总算在核磁共振系统中实验验证了量子隐型传输能量。[5]
在实验中，她们先将两个原子制备到某种能量最低的能级：强局域被动态（localstate），对其中任何一个原子进行任意局域操作都未能取出能量，且原子间有量子纠缠。之后她们对原子A与辅助原子C施加脉冲，打开它们之间的耦合，使辅助原子C获得原子A的部份信息，并确保此操作不会改变原子B的能量。之后把原子C与原子B之间的耦合打开，这等价于把原子A的信息传递给B。在这一系列操作以后，我们就可以用局域操作从原子B中获得能量了。上述实验步骤只需37微秒就可以完成，而能量从A传输到B原子所须要的时间须要一秒钟，远长于实验时间。此论文已被《物理评论快报》（PRL）接收[6]。在此实验贴到预印本网站后过了8个月，另外一位学者基于IBM量子云平台，也独立实现了量子隐型传输能量的验证[7]。
尽管经过15年量子隐型传输能量才获得验证，但目前的实验并不让人太满意，从理论角度，它只是某种量子模拟。堀田正博院士正在与人合作，进一步发展基于汇聚态系统的实验方案，基于硅基系统中的边沿电压（其中天然具有量子纠缠）来实现量子隐型传输能量。量子隐型传输能量理论在黑洞数学学、弯曲时空量子场论等领域也有潜在应用价值。
参考资料
[1]~hotta/--qet-.pdf
[2]~hotta/
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
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