反事实通信
量子通信是一种奇特的现象，而其中最奇特的设想之一称为反事实通信——这是一种量子通信，两个接收方之间没有粒子传输。
理论物理学家长期以来一直提出这种通信方式是可能的；如今，研究人员首次通过实验实现了它——在两个地点之间传输黑白位图图像，全程不发送任何实体粒子。
如果你觉得这听起来有些离奇，别担心，毕竟这是量子力学，本来就很复杂。不过，解释清楚之后，反事实量子通信其实并不像听起来那么古怪。
首先，我们来谈谈它与常规量子通信有何不同。常规量子通信也称为量子隐形传态——毕竟，这不也是一种无需粒子传输的信息传递方式吗？
其实并不完全是。常规量子隐形传态基于量子纠缠原理：两个粒子会变得密不可分，因此无论相距多远，一个粒子发生的任何变化都会自动影响另一个。
爱因斯坦将此称为“幽灵般的超距作用”，科学家已经利用这一现象实现远距离信息传递。
但这种量子隐形传态仍以某种形式依赖粒子传输。两个粒子通常必须先在一起完成纠缠，然后再分别发送给信息传递双方（也就是说，它们起初位于同一地点，必须先传送到另一处，双方才能通信）。
泽诺效应登场
另一种方式是在远距离使粒子发生纠缠，但这通常需要另一个粒子（例如光子，即光的粒子）在两者之间传输。
而直接反事实量子通信依赖的并非量子纠缠，而是利用一种称为量子芝诺效应的现象。
简单来说，当一个不稳定的量子系统被反复测量时，就会出现量子芝诺效应。
在量子世界中，每当你观察或测量一个系统，它都会发生变化。在这种情况下，不稳定粒子在被测量期间永远不会衰变（就像俗话说的，盯着看的水壶永远烧不开），因此量子芝诺效应会以极高概率使系统处于实际上的冻结状态。
如果你想进一步了解，下面的视频对此作了很好的解释：
反事实量子通信基于量子芝诺效应，其定义是：在量子粒子或经典粒子均不在两个地点之间传输的情况下，将量子态从一处传递到另一处。
这需要在两个地点之间建立量子信道，这意味着量子粒子总有一小概率会穿过信道。如果发生这种情况，系统就会被弃置，并重新建立一个系统。
为了搭建这样一个复杂系统，中国科学技术大学的研究人员在一组分束器中最后一个分束器的输出端口处放置了两个单光子探测器。
由于量子芝诺效应，系统会冻结在某种状态，因此每当光子通过时，就可以预测哪个探测器会“发出信号”。一系列嵌套干涉仪会测量系统的状态，以确保它不发生变化。
这一方法利用了量子世界中的一个事实：所有光粒子都可以用波函数完整描述，而非视为粒子。因此，研究人员将信息编码在光中，就能传输信息，而无需直接发送粒子。
光中蕴含的答案
研究团队解释说，这套装置的基本构想源自全息技术。
“20世纪40年代，人们开发出一种新的成像技术——全息术，不仅能够记录光强，还能记录光的相位，”研究人员在期刊《美国国家科学院院刊》上写道。
“于是可以提出这样一个问题：能否利用光本身的相位成像？答案是肯定的。”
基本构想是这样的：有人想仅用光向爱丽丝发送一幅图像（在量子领域，光表现为波，而非粒子）。
爱丽丝将一个光子送入嵌套干涉仪，三个单光子探测器可对其进行探测：D0、D1和Df。
如果D0或D1“发出信号”，爱丽丝就能得出逻辑结果为1或0。如果Df发出信号，则结果被视为无法确定。
“所有比特传输完成后，研究人员得以重组成像——一幅中国结的单色位图。黑色像素定义为逻辑0，白色像素定义为逻辑1……
在实验中，光本身的相位成为信息载体，而光强与实验无关。”
研究团队解释说，这不仅是量子通信领域的一大进步，这项技术还可用于对脆弱的古代文物成像，避免强光直接照射而损坏文物。
研究人员还需要由外部研究者验证这些结果，以确认他们观察到的确实是反事实量子通信。
无论如何，这都是一个相当精彩的演示，展现了量子世界的奇异与未解之处。
这项研究已发表于期刊《美国国家科学院院刊》。
