Квантовая телепортация
Просматривая новости науки (а они порою гораздо интереснее политических), встретил сенсационное известие о том, что китайские учёные смогли осуществить квантовую телепортацию между космосом и Землёй на расстоянии в 1200 километров. При этом нашими братьями из Поднебесной были задействованы два спутника на орбите и три наземных станции. В общем-то и всё. Выглядело это сообщение одновременно и буднично, и фантастично. В первый момент подумал, что верить хитрым, по восточному продуманным китайцам, по крайней мере, опрометчиво, но всё-таки решил проверить - возможно ли такая телепортация в принципе и углубился в чтение научной литературы.
Каково же было моё изумление, когда я обнаружил, что первая квантовая телепортация уже была осуществлена, да ещё и в далёком 1997 году! А кто об этом знает? Я стал обзванивать своих друзей, сообщая им эту суперновость и, естественно, рассчитывая на ответный восторг и радость. Они терпеливо выслушивали мои вопли и затем вежливо переводили тему разговора на что-нибудь более конкретное. Я сначала обиделся, а потом понял, что мы сними просто говорим на разных языках: я - на языке квантовой физики, они - на человеческом. Тогда я решил попробовать изложить идею квантовой телепортации на их языке.
Что же мы, обычные люди, не обременённые специальными знаниями, знаем о телепортации? Скорее всего только то, что нам показывают в фантастических фильмах о космосе. Вот космический корабль разгоняется до немыслимой скорости, затем следует вспышка и он исчезает. Затем в кадре другой кусок космоса, вспышка и появляется исчезнувший корабль. Ну, как-то примерно так.
Более "продвинутые", возможно, вспомнят не менее фантастическую историю, якобы произошедшую с эсминцем "Элдридж" 28 октября 1943 года на американской военно-морской базе в Филадельфии. Сюжет блок-бастера таков: в ходе эксперимента с мощными электромагнитными полями, призванными сделать эсминец невидимым для радаров, сам корабль вместе с экипажем исчез физически. Затем он появился в Норфолке, что находился в десятках километров от Филадельфии и вернулся обратно. Причём многие люди, находившиеся на борту "Элдриджа", после возвращения стали буквально частью корабля, перемешавшись своими телами со стальными конструкциями. В общем - жуткая история, которая, естественно, была с успехом экранизирована. Правда, моряки этого эсминца, которые живы-здравы и сейчас, почему-то упорно не хотят верить в историю, произошедшую с ними же)))
Итак, что же такое телепортация? В общем - это мгновенно перемещение объекта из одной точки пространства в другую. То есть, если мы берём стакан и переставляем его с одного края стола на другой, то это не будет телепортацией. И даже если мы сумеем сделать это очень быстро, например так, что для наблюдателя будет казаться, что в одном месте стакан исчез, а в другом появился - это тоже не будет телепортацией. Для телепортации траектория перемещения стакана не может быть описана непрерывной временной функцией. Переход должен быть реально мгновенным, без промежуточных состояний.
Теоретически разработаны различные способы телепортации: "кротовы норы", "дырочная" телепортация, пси-телепортация. Но получить реальные результаты смогли только с так называемой квантовой телепортацией. Фактически, чтобы телепортировать стакан, необходимо на одном конце стола разобрать его на элементарные частицы, переписать свойства каждой из них, а затем на другой стороне собрать из других, подходящих под эти свойства, частиц новый, но точно такой же стакан. И всё. Не знаю, как на счёт стакана, а вот человек состоит примерно из 10 в 30 степени частиц, чтобы стало понятно насколько это много, я наберу это число: 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000. На данный момент рекорд скорости по передаче информации составляет 10 в 14 степени бит в секунду, поэтому передача полной информации о человеке займёт примерно 1.000.000.000 лет. Не быстро, не говоря уже о риске быть собранным неправильно (кстати, был ещё такой поучительный фильм "Муха", где экспериментатор с телепортацией плохо соблюдал технику безопасности).
Проблема такой телепортации ещё и в том, что нам не удастся зафиксировать свойства этих частиц. Они такие хитрые, что как только мы начинаем за ними наблюдать, они в ответ начинают менять свои свойства. Короче - их свойства бессмысленно измерять для передачи на расстояние. При квантовой телепортации обе проблемы решаются одновременно: не тратится драгоценное время на бессмысленные измерения и вообще самих измерений нет. То есть мы не узнаём свойств этих частиц. Но зато эти свойства узнают другие частицы. Назовём их как-нибудь красиво, например - фотоны (тем более, что это соответствует действительности).
И весь сложнейший механизм квантовой телепортации приблизительно можно представить себе так:
1. Берём фиолетовый фотон и разбиваем его на пару красных. Полученные таким образом красные фотоны оказываются связанными друг с другом настолько сильно, что если их разнести на большое расстояние и изменить какую-нибудь характеристику одного, то другой на это изменение отреагирует мгновенно. Вот такая настоящая любовь!
2. Берём частицу стакана и "не глядя" переносим её свойства (то есть для нас эти свойства остаются неизвестны) на один из красных фотонов, который находится рядом с ней. При этом возникает некоторая неопределённость результата, т.к. данное свойство может находиться в одном из нескольких значений, и какое из них именно схватил красный фотон мы не знаем.
3. Близнец красного фотона на другом конце стола мгновенно мгновенно реагирует на действия своего близнеца и изменяет состояние заранее приготовленной "чистой" частицы, находящейся с ним во взаимодействии. В результате эта частица сигнализирует нам о том, что передача некоторой информации состоялась. Но эта информация не идентична отправленной, т.к. в процесс вмешалась вероятность (такова природа квантового мира). Поэтому нам понадобятся дополнительные сведения об источнике, чтобы правильно интерпретировать изменённые свойства конечной частицы. И эти сведения уже передаются по обычным каналам связи. Поэтому на гора мы получаем скорость передачи, не превышающую скорость света. Фух... Всё.
Конечно, остаются трудности, и никто пока стакан не перенёс даже на сантиметр, но квантовая телепортация может быть использована для передачи не физических объектов, а исключительно информации. Причём, передача будет осуществлена таким образом, что посторонний хакер никогда не расшифрует её содержимое. И вроде бы именно в криптографии квантовая телепортация уже используется. Но это уже тема для другого поста (и для другого автора).
источники изображений 1 2 3 4 5 6
