在科幻电视剧《星际迷航》中，能够远距离传输宇航员的传输仪让人印象深刻。在最近一项研究中，美国普渡大学李统藏教授和清华大学尹璋琦博士提出把低温冷冻的微生物放在一个电机械振子上来制备活体生物的量子叠加态，并实现其内部状态和质心运动的量子隐形传态。

据西班牙《阿贝赛报》1月27日报道，一支由美国普渡大学和中国清华大学的研究人员共同组成的科研团队，设计出了迄今为止首个传送活体微生物内部量子态的计划。在寻找传送活人的方法的过程中，这项研究是一个重要的进展。

研究员李统藏和尹璋琦提出的方法是使用机电振荡器和超导电路来实现这个宏伟的目标。在此次研究中，李统藏和尹璋琦提出，把一个细菌放到一个连接在超导电路里的机电振荡器上，以获得该生物内部的超导量子态，并在随后传送该量子态。首先，实验选择的细菌比振荡器的薄膜小得多，因此不会影响到振荡器的运行。在细菌和薄膜都呈现出量子态后，该量子态可以通过微波超导电路传输到远处的另一个生物身上。

如果这个微生物的质量远小于振子，它不会对振子的性质和量子操控造成显著影响。这个微生物可以和振子共同冷却到量子基态并制备到叠加态。利用一个强磁场梯度，微生物的内部状态（比如甘氨酸自由基的电子自旋）可以和微生物的质心运动纠缠，并被量子隐形传态到另外一个微生物。因为微生物的内部状态包含信息，这个方案能实现两个微生物之间信息和记忆的量子隐形传态。这项研究还讨论了一个达到量子极限的磁共振力学显微镜方案。

研究人员还表示，他们计划创造一个“薛定谔的猫”理论所阐释的状态，在这种状态下，一个微生物可以在同一时间身处两地。

1935年，奥地利物理学家薛定谔提出了一个假想实验，其内容是：把一只猫关在一个盒子里，盒子里还有装着毒气的容器和包含一颗放射性粒子的实验装置，这颗粒子在一定的时间内有50%的可能会衰变。粒子衰变后，毒气就会被释放出来，而那只猫就一定会死。在指定的时间过去后，有50%的可能会发现粒子已衰变、猫已死亡，也有50%的可能会发现粒子未衰变、猫还活着。用量子物理学的语言说，猫处于生或死这两种可能状态的叠加态，只有在打开盒子的那一瞬间，才能确切地知道猫是死是活。在打开盒子之前，我们可以说猫同时处于生与死的两种状态。只有通过打开盒子，我们才能改变这种叠加态，并确认两种可能性中的一种。

薛定谔的猫

报道称，薛定谔的理论第一次向公众揭示了量子力学的深奥矛盾。在量子力学的王国里，各种粒子经常处于叠加态，这对研究人员来说也是家常便饭，他们必须习惯于种种“不可能的”现实，比如有的电子可以同时存在于多个地点，有的粒子相互之间无论距离多远都可以立即连通在一起，还有的粒子甚至能够进行时间旅行。从薛定谔的假想实验出发，物理学家们已经努力进行了数十年的研究，试图了解这些量子宇宙中的奇特定律是否也可以转移到宏观世界中来。毕竟，我们自己和我们周围的一切都是由粒子构成的。

尹璋琦

微生物的量子隐形传态示意图。利用隐形传态能够把振子1中微生物内部自旋S1的状态转移到振子2中微生物内部自旋S2中。相关论文 “Quantum superposition, entanglement, and state teleportation of a microorganism on an electromechanical oscillator” 发表在Science Bulletin（《科学通报》英文版）2016年第2期上。

当然，科学家目前已经取得了许多重要进展。在过去20年中，多支科研团队在传送量子态方面取得了越来越好的结果。

但是，还没有人成功传送过活体生物，所有已完成的实验距离成功传送生物或生物的量子态依然十分遥远。

李统藏说：“我们提出了一个简单的方法，能够让一个微生物同时出现在两个地方(量子叠加态)。同时，我们还提供了一个传送完整生物体量子态的方式。我希望我们的研究能够启发其他研究者，使他们认真思考微生物量子传送的可能性，及该问题未来的种种可能。”尹璋琦指出：“我们的工作对于研究生物体内部生化活动对量子叠加态塌缩的影响也具有重要的参考价值”。

该项研究得到了美国普渡大学的启动基金、中国国家重点基础研究发展计划和自然科学基金委项目资助。