新的量子协议有效地从远处借用能量，因此没有违反任何神圣的物理原理。
克里斯蒂娜·阿米蒂奇/广达杂志
介绍
对于他们最新的魔术，物理学家已经完成了从稀薄空气中变出能量的量子等价物。这一壮举似乎违背了物理定律和常识。
“你不能直接从真空中提取能量，因为那里没有任何东西可以提供，”不列颠哥伦比亚大学的理论物理学家William Unruh在描述标准思维方式时说。
但 15 年前，日本东北大学的理论物理学家Masahiro Hotta提出，也许真空实际上可以被诱导放弃一些东西。
起初，许多研究人员忽视了这项工作，怀疑从真空中提取能量充其量是不可信的。然而，仔细观察的人意识到，堀田暗示的是一种截然不同的量子特技。能量不是免费的；它必须使用在遥远的地方用能量购买的知识来解锁。从这个角度来看，Hotta 的程序看起来不像是创造，而更像是将能量从一个地方传送到另一个地方——一个奇怪但不那么令人反感的想法。
“这真是一个惊喜，”Unruh 说，他曾与 Hotta 合作但没有参与能量传送研究。 “这是他发现的一个非常好的结果。”
现在，在过去的一年里，研究人员已经在两个独立的量子设备中跨越微观距离传送能量，证明了 Hotta 的理论。这项研究几乎没有让人怀疑能量隐形传态是一种真正的量子现象。
“这确实对它进行了测试，”麻省理工学院的量子物理学家Seth Lloyd说，他没有参与这项研究。 “你实际上是在传送。你在抽取能量。”
量子信用
第一个对量子能量隐形传态持怀疑态度的人是堀田本人。
2008 年，他正在寻找一种方法来测量一种称为纠缠的特殊量子力学联系的强度，其中两个或多个物体共享一个统一的量子态，即使相距很远，它们也会以相关的方式表现。纠缠的一个决定性特征是你必须一举创造它。你不能通过独立地摆弄一个对象和另一个对象来设计相关行为，即使你打电话给另一个地方的朋友并告诉他们你做了什么。
Masahiro Hotta 于 2008 年提出了量子能量隐形传态协议。
由 Masahiro Hotta 提供
介绍
在研究黑洞时，堀田开始怀疑量子理论中的奇异事件——负能量——可能是测量纠缠的关键。黑洞通过发射与其内部纠缠在一起的辐射而收缩，这一过程也可以被视为黑洞吞噬负能量团。 Hotta 指出负能量和纠缠似乎密切相关。为了加强他的论点，他着手证明负能量——比如纠缠——不能通过在不同地点的独立行动产生。
Hotta 惊讶地发现，事实上，一个简单的事件序列可以导致量子真空变为负值——放弃它似乎没有的能量。 “一开始我以为我错了，”他说，“所以我又计算了一下，我检查了我的逻辑。但我找不到任何破绽。”
麻烦源于量子真空的奇异性质，它是一种 奇特的虚无，危险地接近于某种东西。不确定性原理禁止任何量子系统进入完全零能量的完全安静状态。结果，即使是真空也必须总是随着充满它的量子场的波动而噼啪作响。这些永无止境的波动使每个场都充满了一些最低限度的能量，称为零点能量。物理学家说，具有这种最小能量的系统处于基态。处于基态的系统有点像停在丹佛街头的汽车。即使它高于海平面，也不能再低了。
然而，堀田似乎找到了地下车库。他意识到，要打开大门，他只需要利用量子场的噼啪声中的内在纠缠。
持续不断的真空涨落不能用来为永动机提供动力，例如，因为给定位置的涨落是完全随机的。如果你想象将一个奇特的量子电池连接到真空中，一半的波动会为设备充电，而另一半会耗尽它。
但是量子场是纠缠的——一个点的波动往往与另一个点的波动相匹配。 2008 年，Hotta 发表了一篇论文，概述了两位物理学家 Alice 和 Bob 如何利用这些相关性将能量从 Bob 周围的基态中提取出来。该计划是这样的。
Bob 发现自己需要能量——他想给那个奇特的量子电池充电——但他所能获得的只是空旷的空间。幸运的是，他的朋友爱丽丝在很远的地方有一个设备齐全的物理实验室。爱丽丝在她的实验室里测量磁场，在那里注入能量并了解它的波动。这个实验使整个场脱离基态，但据 Bob 所知，他的真空仍处于最低能量状态，随机波动。
但随后爱丽丝将她关于她所在位置周围真空的发现发短信给鲍勃，实质上是告诉鲍勃何时插入电池。在 Bob 阅读她的信息后，他可以使用新发现的知识准备一个从真空中提取能量的实验——达到 Alice 注入的能量。
滑铁卢大学和周界研究所的理论物理学家Eduardo Martín-Martínez说：“如果你愿意，这些信息可以让 Bob 对波动进行计时。”他从事一项新实验。 （他补充说，由于量子场的抽象性质，时间的概念比字面意思更隐喻。）
去年，滑铁卢大学的 Raymond Laflamme 小组验证了量子能量隐形传态协议。
在他第一次向 Laflamme 的团队推介时，Martín-Martínez 面临着许多怀疑的问题。但当他解决他们的疑虑时，他们变得更容易接受。他们开始研究量子能量隐形传态，并在 2017 年提出了一种方法，将能量从量子比特中转移出来，使它们比任何其他已知程序都能使它们更冷。即便如此，“这都是理论，”马丁-马丁内斯说。 “没有实验。”
Martín-Martínez 和 Rodríguez-Briones 以及 Laflamme 和一位实验主义者Hemant Katiyar着手改变这种状况。
他们求助于一种称为核磁共振的技术，该技术使用强大的磁场和无线电脉冲来操纵大分子中原子的量子态。该小组花了几年时间计划实验，然后在大流行期间的几个月里，Katiyar 安排在两个碳原子之间传送能量，扮演爱丽丝和鲍勃的角色。
首先，一系列精细调谐的无线电脉冲将碳原子置于特定的最低能量基态，这两个原子之间存在纠缠。系统的零点能量由 Alice、Bob 的初始组合能量和它们之间的纠缠定义。
接下来，他们向爱丽丝和第三个原子发射单个无线电脉冲，同时对爱丽丝的位置进行测量并将信息传输到原子“文本消息”。
最后，针对 Bob 和中间原子的另一个脉冲同时将消息传输给 Bob 并在那里进行测量，从而完成能量欺诈。
他们多次重复这个过程，在每一步都进行多次测量，使他们能够在整个过程中重建三个原子的量子特性。最后，他们计算出 Bob 碳原子的能量平均下降，因此能量被提取并释放到环境中。尽管 Bob 原子总是以基态开始，但还是发生了这种情况。从开始到结束，该协议只用了不超过 37 毫秒。要不是能量从分子的一侧传播到另一侧，通常需要 20 多倍的时间——接近一整秒。爱丽丝消耗的能量使鲍勃能够解锁其他方式无法获得的能量。
“看到利用目前的技术可以观察到能量的激活，这真是太棒了，”现在就职于加州大学伯克利分校的 Rodríguez-Briones 说。
他们在 2022 年 3 月发布的预印本中描述了量子能量隐形传态的首次演示；该研究已被Physical Review Letters接受发表。
Nayeli Rodríguez-Briones 认为这些系统可用于研究量子系统中的热、能量和纠缠。
量子计算研究所/滑铁卢大学
介绍
第二次演示将在 10 个月后进行。
圣诞节前几天，石溪大学量子计算研究员Kazuki Ikeda正在观看 YouTube 上提到无线能量传输的视频。他想知道是否可以用量子力学来完成类似的事情。然后，他想起了 Hotta 的工作——Hotta 在东北大学读本科时曾是他的教授之一——并意识到他可以在 IBM 的量子计算平台上运行量子能量隐形传态协议。
在接下来的几天里，他编写并远程执行了这样一个程序。实验证实 Bob 量子比特下降到其基态能量以下。到 1 月 7 日，他已经在预印本中发布了他的结果。
在 Hotta 首次描述能量传送近 15 年后，相隔不到一年的两次简单演示证明了这是可能的。
“实验论文做得很好，”劳埃德说。 “我有点惊讶没有人更早做到这一点。”
科幻梦想
然而，堀田还没有完全满意。
他称赞这些实验是重要的第一步。但他将它们视为量子模拟，因为纠缠行为被编程为基态——通过无线电脉冲或通过 IBM 设备中的量子操作。他的目标是从一个系统中获取零点能量，该系统的基态自然具有纠缠的特征，就像弥漫在宇宙中的基本量子场一样。
为此，他和 Yusa 正在推进他们最初的实验。在接下来的几年里，他们希望在硅表面展示量子能量隐形传态，该硅表面具有边缘电流和本质上纠缠的基态——一个行为更接近电磁场的系统。
与此同时，对于能量隐形传态的好处，每位物理学家都有自己的看法。 Rodríguez-Briones 怀疑，除了帮助稳定量子计算机外，它还将继续在量子系统中的热、能量和纠缠研究中发挥重要作用。 1 月下旬，池田发表了另一篇论文，详细介绍了如何将能量传送到新生的量子互联网中。
马丁-马丁内斯继续追逐他的科幻梦想。他与周界研究所广义相对论模拟专家埃里克施奈特合作，准确计算时空对特定负能量排列的反应。
一些研究人员发现他的探索很有趣。 “这是一个值得称赞的目标，”劳埃德笑着说。 “从某种意义上说，不对此进行跟进在科学上是不负责任的。负能量密度具有非常重要的后果。”
其他人警告说，从负能量到奇异时空形状的道路是曲折且不确定的。 “我们对量子关联的直觉仍在发展中，”Unruh 说。 “一旦能够进行计算，人们就会不断对实际情况感到惊讶。”
就 Hotta 而言，他并没有花太多时间思考雕刻时空。现在，他感到高兴的是，他从 2008 年开始的量子关联计算已经建立了一个真正的物理现象。
“这是真实的物理学，”他说，“不是科幻小说。”