信息在宇宙中的傳播速度是有極限的，就像宇宙中其他物體的移動速度有極限一樣。這是一條定律。然而，一個量子物理學(xué)家團隊找到了使這一極限倍增的方法。在正常情況下，信息傳遞的終極限制——宇宙的帶寬——是每個基本粒子一個比特，速度不高于光速。這就是“經(jīng)典宇宙”，即量子物理學(xué)尚未參與其中時事物的行為方式。

以下便是這一極限的由來：如果你想要將一條由“1”或“0”組成的信息發(fā)送給1光年以外的朋友，而你只有1個光子，那你可以將單獨一個字節(jié)的二進制數(shù)字編碼到光子里，然后以光速發(fā)送給你的朋友。這位朋友將在一年后收到這條信息。如果他想要用那個光子將一條二進制信息回復(fù)給你，那你就需要再等上一年。到時候如果你想要發(fā)送更多的信息，那就要用到更多的光子了。

然而，在發(fā)表于2月8日《物理評論快報》（Physical Review Letters）期刊的一篇論文中，兩位量子物理學(xué)家指出，在理論上可以使宇宙的帶寬增加為原來的兩倍。

在這篇題名為《單量子粒子的雙向通訊》（Two-Way Communication with a Single Quantum Particle）的論文中，研究人員所描述的技術(shù)并非是讓你用1個粒子來傳送2個字節(jié)的信息，而是讓你和你的朋友利用同一個粒子，在同一時間互相發(fā)送1字節(jié)的信息。

研究人員寫道，如果兩個人想要中止信息傳送，那他們就必須將該粒子放置在“不同空間位置的疊加”中。研究作者之一、奧地利維也納大學(xué)的Flavio Del Santo說：“這通常描述為同一時間出現(xiàn)在兩個地方。”現(xiàn)實情況更為復(fù)雜一點，但想象兩個地方同時出現(xiàn)一個粒子可以幫助你更快地理解這一過程。

通過這種方式，愛麗絲和鮑勃（Del Santo和另一位作者、來自奧地利量子光學(xué)和量子通訊研究所的Borivoje Daki?給論文中假設(shè)的通訊者起的名字）就可以在通訊最開始的時候，各自擁有同一個粒子。Del Santo指出，每一位通訊者都可以將單比特的信息（1或0）編碼到粒子中。

他們的通訊速度極限依然是光速。當愛麗絲編碼“1”到粒子中時，鮑勃并不會立即看到。愛麗絲依然需要將粒子返回給鮑勃。但是，此時情況很特殊，因為愛麗絲和鮑勃可以各自編碼1字節(jié)信息到粒子中，并將粒子同時發(fā)送給對方。

當粒子到達時，愛麗絲和鮑勃所收到的結(jié)果將是他們自己編碼的信息加上對方輸入的信息。如果愛麗絲編碼了“0”，而鮑勃編碼了“1”，那他們將各自看到一個“1”。但是，由于愛麗絲知道自己輸入了“0”，因此她會推斷出鮑勃輸入了“1”；而鮑勃知道自己輸入了“1”，因此他會推斷出愛麗絲輸入的是“0”。同樣的，如果兩個人輸入的都是“1”或“0”，那他們收到的結(jié)果將都是“0”。

在每種情況下，兩位信息接收者都將知道對方發(fā)出的信息，而他們可以比原先兩個人用1個粒子傳遞信息的情況節(jié)省一半的時間。于是，信息帶寬變成了原來的兩倍。

真實世界也可以

這篇發(fā)表于《物理評論快報》的論文還只是純理論，但Del Santo和Daki?與維也納大學(xué)的實驗室團隊合作，發(fā)現(xiàn)該方法也能在現(xiàn)實世界中發(fā)揮作用。這部分研究結(jié)果還沒有經(jīng)過同行評議，只發(fā)表在科學(xué)預(yù)出版平臺arXiv。

研究人員利用分光器將光子分隔為空間疊加狀態(tài)，即它們在某種程度上是同時處于兩個地方。通過這一方法，研究人員實現(xiàn)了前面論文中提到的通訊方法：將字節(jié)編碼入分離的光子，使它們又混合到一起，然后解讀接收到的結(jié)果。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，只需一個小小的改進，這一技術(shù)就可以用來確保通訊的安全。如果一位通訊者，比如愛麗絲，輸入了一串隨機字節(jié)，而鮑勃解碼出了正確的相關(guān)信息，那么，在不知道愛麗絲所編碼信息的前提下，竊聽者永遠無法知道鮑勃發(fā)送給愛麗絲的信息。