Transcript КВАНТОВАЯ ТЕЛЕПОРТАЦИЯ ЧАСТЬ 1 Научно-исследовательский Центр Корпорации «Информационная медицина» «INNER LAB» г.Киев - 2012 Квантовая теория информации (см.

КВАНТОВАЯ
ТЕЛЕПОРТАЦИЯ
ЧАСТЬ 1
Научно-исследовательский Центр
Корпорации «Информационная медицина»
«INNER
LAB»
г.Киев - 2012
Квантовая теория информации (см. более широкое направление Квантовая
информатика) - новый раздел науки, возникший на стыке квантовой механики,
и теории информации. Он включает в себя вопросы квантовых вычислений и
квантовых алгоритмов, квантовых компьютеров и квантовой телепортации,
квантовой криптографии и проблемы декогерентности.
Базовым понятием классической теории информации является бит,
принимающий значения 0 или 1. Квантовая информация представляется в
кубитах (quantum bit). Кубиты могут находиться в состоянии, являющемся
суперпозицией 0 и 1. Несколько кубитов могут быть в запутанном состоянии
(entangled). В квантовой теории информации изучаются общие принципы и
законы, управляющие динамикой сложных квантовых систем (например,
квантовых компьютеров).
Формы электронных облаков:
а – s-электроны; б – р-электроны; в –
d-электроны.
Вот такой набор дискретно
различающихся состояний квантовые числа - характеризуют
возможные локальные состояния
электронов. И вот что из этого
получается.
Почему телепортация именно квантовая? Дело в том, что квантовые
объекты (элементарные частицы или атомы) обладают специфическими
свойствами, которые обусловлены законами квантового мира и в
макромире не наблюдаются. Именно такие свойства частиц и послужили
основой экспериментов по телепортации.
Квантовая телепортация - передача квантового состояния на
расстояние при помощи разъединённой в пространстве сцепленной пары и
классического канала связи, при которой состояние разрушается в точке
отправления при проведении измерения, после чего воссоздаётся в точке
приёма. Термин установился благодаря опубликованной в 1993 году статье
в журнале «Physical Review Letters», где описано, какое именно квантовое
явление предлагается называть «телепортацией» (англ. teleporting) и чем
оно отличается от популярной в научной фантастике «телепортации».
Квантовая телепортация не передаёт энергию или вещество на расстояние.
Обязательным этапом при квантовой телепортации является передача
информации между точками отправления и приёма по классическому,
неквантовому каналу, которая может осуществляться не быстрее, чем со
скоростью света, тем самым не нарушая принципов современной физики.
В 2006 году была впервые осуществлена
телепортация между объектами разной
природы - квантами лазерного излучения
и атомами цезия. Успешный эксперимент
был произведен исследовательской
группой из Института Нильса Бора в
Копенгагене.
23 января 2009 года учёным впервые
удалось телепортировать квантовое
состояние иона на один метр.
10 мая 2010 года в эксперименте,
поставленном физиками из Научнотехнического университета Китая и
Университета Цинхуа, проводилась
передача квантового состояния фотона на
16 километров.
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Квантовая телепортация осуществляется за счёт разделения информации
на «квантовую часть» и «классическую часть» и независимой
передаче этих двух компонентов. Для передачи «квантовой части»
используются характерные для квантово-запутанных частиц корреляции
Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР), а для передачи
классической информации годится любой обычный канал связи.
Для простоты будем иметь в виду квантовую систему с двумя
возможными состояниями ψ1 и ψ2 (например, проекцию спина электрона
или фотона на заданную ось). Такие системы часто называют кубитами.
Однако, описанный способ пригоден для передачи состояния любой
системы, имеющей конечное число состояний.
Мысленный эксперимент Эйнштейна-Подольского-Розена с фотонами (подобие схемы,
взятой из работы Алена Аспекта). Два фотона v1 и v2, испускаемые источником S,
проанализированы линейными поляризаторами в направлениях a и b.
Пусть у отправителя есть частица А, находящаяся в произвольном
квантовом состоянии ψA = αψ1 + βψ2, и он хочет передать это квантовое
состояние получателю, то есть сделать так, чтобы у получателя оказалась
в распоряжении частица B в том же самом состоянии. Иными словами,
необходимо передать отношение двух комплексных чисел α и β (с
максимальной точностью). Заметим, что главная цель здесь - это
передать информацию не как можно быстрее, а как можно аккуратнее.
Для достижения этой цели выполняются следующие шаги.
В тот момент, когда Золушка делает замер поляризации первой из спутанных частиц,
нам становится известно, какая характеристика будет у второй, которую измеряет
прекрасный принц (иллюстрация с сайта ipod.org.uk).
Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары
квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а
B - получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не
обладает своей волновой функцией (вектором состояния), но вся
пара целиком (а точнее, интересующие нас степени свободы)
описываются единым четырёхмерным вектором состояния ψBC.
Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния, однако мы не
можем описать её состояние вектором - чистым (полностью
определённым) состоянием обладает лишь система из трёх частиц A, B,
C. Когда отправитель совершает измерение, имеющее четыре
возможных исхода, над системой из двух частиц A и C, он получает одно
из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом
измерении система из трёх частиц A, B, C коллапсирует в некое новое
состояние, причём состояния частиц A и C становятся известны
полностью, то сцепленность разрушается и частица B оказывается в
некотором определённом квантовом состоянии.
Магия запутанных состояний
Именно в этот момент происходит как бы «передача» «квантовой части»
информации. Однако восстановить передаваемую информацию пока
невозможно: получатель знает, что состояние частицы B как-то связано с
состоянием частицы A, но не знает как именно!
Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил
получателю по обычному классическому каналу результат своего
измерения (затратив при этом два бита, соответствующие
зацепленному состоянию AC, измеренному отправителем). По
законам квантовой механики получается, что имея результат
измерения, проведённого над парой частиц A и C и плюс к тому
запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить
необходимое преобразование над состоянием частицы B и
восстановить исходное состояние частицы A.
Полная передача информации осуществится только после того, как
получатель будет обладать данными, полученными по обоим каналам.
До того, как получен результат по классическому каналу, получатель
ничего не может сказать о переданном состоянии.
Фантастическое понятие телепортации происходит из специфичной
интерпретации эксперимента: «исходное состояние частицы A после
всего произошедшего разрушается. То есть, состояние было не
скопировано, а перенесено из одного места в другое».
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
Экспериментальная реализация квантовой телепортации
поляризационного состояния фотона была осуществлена в 1997 году
почти одновременно группами физиков под руководством Антона
Цайлингера (Университет Инсбрука) и Франческо де Мартини
(Университет Рима).
В журнале Nature за 17 июня 2004 года было объявлено об успешном
экспериментальном наблюдении квантовой телепортации квантового
состояния атома сразу двумя исследовательскими группами: M.Riebe
et al., Nature 429, 734-737 (телепортация квантового состояния иона
атома кальция) и M.D.Barrett et al., Nature 429, 737-739 (телепортация
кубита на основе иона атома бериллия). Несмотря на поднявшуюся
шумиху в средствах массовой информации, эти эксперименты вряд
ли можно назвать прорывом: скорее это просто очередной большой
шаг в направлении создания квантовых компьютеров и реализации
квантовой криптографии.
КВАНТОВАЯ ТЕЛЕПОРТАЦИЯ
Все изменилось в 1993 г., когда ученые из IBM под руководством Чарльза
Беннетта продемонстрировали всем принципиальную возможность
телепортировать с использованием эксперимента ЭПР материальные
объекты, по крайней мере на атомном уровне. (Точнее говоря, они
продемонстрировали возможность передачи полной информации о
частице.) За прошедшие годы физики научились передавать фотоны и
даже целые атомы цезия. Возможно, через несколько десятилетий ученые
смогут телепортировать первую молекулу ДНК и первый вирус.
Квантовая телепортация использует одну из самых причудливых особенностей
эксперимента ЭПР. В своих экспериментах физики начинают с того, что берут
два атома, А и С. Предположим, мы хотим телепортировать информацию от
атома А к атому С. Для этого мы вводим третий атом В, запутанный с атомом
С (т.е. В и С когерентны). Затем атом А вступает в контакт с атомом В и
«сканирует» его таким образом, что информационное содержание атома А
передается атому В. В ходе этого процесса атомы А и В запутываются. Но
поскольку первоначально В был запутан с атомом С, теперь информация,
содержавшаяся в А, передается также и в атом С. Результат таков: атом А был
телепортирован в атом С, т.е. теперь информационное содержание А
идентично информационному содержанию С.
Логическая схема эксперимента.
Схема эксперимента. Пары запутанных фотонов
генерировались при прохождении импульса
ультрафиолетового лазера через кристалл BaB2O4. После
спектральной фильтрации фотоны поступали в
одномодовое оптоволокно и направлялись Бобу и Алисе.
Обратите внимание на то, что информация, содержавшаяся перед началом
эксперимента в атоме А, была уничтожена (т.е. после эксперимента мы не
получаем двух идентичных копий). Это означает, что если представить себе
телепортацию человека, то человек этот должен будет умереть в процессе
передачи. Но зато информационное содержание его тела появится где-то в
другом месте. Обратите внимание также на то, что атом А как таковой не
переместился на позицию атома С. Напротив, С получил от А только
информацию, которая в нем содержалась, например характеристики спина
и поляризации. (Это не означает, что атом А был разобран и перенесен на
другое место. Это означает, что информационное содержание атома А
было передано другому атому - С.)
Две движущиеся инерциальные системы с точки зрения неподвижной ИСО. Источник
запутанных фотонов неподвижен и фотоны из каждой пары приходят в движущиеся
ИСО одновременно. Строенные стрелки-молнии указывают на точки, в которых
находились фотоны в момент коллапса волновой функции.
После первого объявления о прорыве между разными группами ученых
началось яростное соревнование. Первая историческая демонстрация, в
ходе которой осуществлялась телепортация фотонов ультрафиолетового
света, состоялась в 1997 г. в Университете Инсбрука. Через год
экспериментаторы из Калифорнийского технологического института
провели еще более точный эксперимент по телепортации фотонов.
В 2004 г. физики Венского университета сумели телепортировать частицы
света на расстояние 600 м под рекой Дунай по оптоволоконному кабелю,
установив таким образом новый рекорд. (Сам кабель имел длину 800 м и
был протянут под Дунаем ниже системы городской канализации.
Передатчик располагался на одном берегу реки, приемник - на другом.)
Одно из возражений, которые выдвигают критики этих экспериментов,
заключается в том, что ученые работают с частицами света, фотонами. Пока
результат «не тянет» на научную фантастику. Поэтому очень важным стал
другой эксперимент 2004 г., когда квантовую телепортацию удалось
продемонстрировать уже не на фотонах, а на настоящих атомах. Это шаг в
нужном направлении, к созданию реального телепортационного устройства.
Физики из Национального института стандартов и технологии в Вашингтоне
сумели «запутать» три атома бериллия и передать свойства одного атома
другому. Достижение было настолько значительным, что попало на обложку
журнала Nature. Другая группа тоже добилась успеха, но уже с атомами
кальция.
В 2006 г. произошло еще одно значительное событие: впервые в подобных
экспериментах был задействован макроскопический объект. Физики из
Института Нильса Бора в Копенгагене и Института Макса Планка в Германии
сумели запутать луч света и газ, состоящий из атомов цезия; в этом событии
участвовали многие триллионы атомов. После этого они закодировали
информацию, содержащуюся в лазерных вспышках, и телепортировали ее
атомам цезия через расстояние примерно в полметра. Как пояснил один из
исследователей Евгений Ползик, впервые была проведена квантовая
телепортация «между светом - носителем информации - и атомами».
ТЕЛЕПОРТАЦИЯ БЕЗ ЗАПУТЫВАНИЯ
Исследования в области телепортации стремительно набирают ход. В 2007 г.
было сделано еще одно важное открытие. Физики предложили метод
телепортации, не требующий запутывания. Вспомним, что запутывание
представляет собой наиболее сложный момент квантовой телепортации.
Решение этой проблемы могло бы открыть перед телепортацией новые
горизонты.
Китайские физики смогли успешно передать информацию между двумя
фотонами на рекордно большое расстояние, сообщает CyberSecurity.ru.
Им удалось транспортировать данные без каких-либо проводов и иных
линий связи на 16 километров. Прежде рекорд для систем квантовой
телепортации не превышал нескольких сотен метров. Китайские ученые
говорят, что в будущем на основе концепции квантовой телепортации можно
будет создавать дешевые и очень скоростные системы связи, которым не
потребуются традиционные сигналы.
Передача квантового состояния фотонов (иллюстрация с
обложки журнала Nature Physics).
Физики из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуа
провели эксперимент по передаче квантового состояния фотонов на 16
километров в свободном пространстве. Квантовый канал связал Бадалин,
находящийся в 75 км от Пекина, и Хуайлай, что в провинции Хэбэй. Пары
«запутанных» фотонов, один из которых отправляется на расстояние в 16 км,
физики получали по методу спонтанного параметрического рассеяния с
использованием кристалла бета-бората бария β-BaB2O4.
Как сообщается, определённый по результатам опыта показатель надёжности
передачи квантового состояния оказался равен 89%.
Наиболее реалистичной и легко
реализуемой на этом фоне выглядит
схема, предложенная специалистами из
Университета Мэриленда (США).
Ученым удалось осуществить
перемещение квантовой информации
между двумя атомами,
расположенными в метре друг от друга,
причем показатель надежности
доставки превысил 90 процентов. «На
основе нашей системы можно
сконструировать крупномасштабный
«квантовый повторитель», который
будет использоваться для передачи
информации на большие расстояния»,
- представляет новую разработку
Кристофер Монро (Christopher Monroe),
возглавивший исследования.
Схема экспериментальной установки (изображение с сайта Umd.Edu)
Физическую реализуемость квантовой телепортации обеспечивает
свойство квантовой запутанности, выражающееся в том, что состояния (а
следовательно, и некоторые физические свойства) двух связанных
объектов - даже разнесенных в пространстве - оказываются
взаимозависимыми. В эксперименте американских ученых связанными
оказались два иона иттербия, помещенные в вакуумные ловушки и
окруженные металлическими электродами. Непосредственно перед
проведением опыта исследователи определили два основных состояния
ионов, которые использовались в качестве элементов хранения квантовой
информации - кубитов.
В начале эксперимента ионы (назовем их А и Б) находились в одном из
основных состояний. Затем на ион А направлялось микроволновое
излучение, испускаемое одним из электродов; в результате кубит оказывался
в некоторой суперпозиции своих собственных состояний (происходила запись
информации для передачи). Сразу после этого оба иона возбуждались
лазерным импульсом пикосекундной длительности. Возврат в одно из
основных состояний - «значений» кубита - проходил с испусканием фотонов,
«цвет» которых (красный или синий), соответствовавший разным длинам
волн, однозначно определял конкретное значение. Затем фотоны с помощью
линз направлялись по оптоволоконному кабелю к светоделительному
элементу; при попадании на него каждая частица могла либо отразиться,
либо пройти напрямую (вероятности этих событий одинаковы). По обеим
сторонам светоделителя располагались детекторы.
До попадания на светоделитель каждый из фотонов находился в неизвестной
суперпозиции состояний, однако в детекторе могли быть зарегистрированы уже
только четыре различных вида частиц, соответствующих цветовым
комбинациям «синий-синий», «синий-красный», «красный-синий» и «красныйкрасный», и лишь в одном из указанных вариантов фотоны одновременно
достигают обоих детекторов. В этом случае определить, какому иону
«принадлежит» данный квант света, становится невозможно (не хватает
информации о том, отразился фотон от светоделителя или прошел насквозь).
Такая неопределенность и сигнализирует, что квантовые состояния ионов
оказались связаны.
Ученые из Соединенных Штатов
и Австрии независимо друг от
друга осуществили квантовую
телепортацию одиночных
атомов. Информация об этих
экспериментах содержится в
двух статьях, которые 17 июня
появились в журнале Nature.
Достигнув этого результата, ученые определили состояние иона А. В
полном соответствии с законами квантовой механики, измерение вывело
его из суперпозиции в некоторое определенное состояние, причем ион Б
при этом принял противоположное «значение». Зная выходное состояние
кубита А, исследователи установили параметры микроволнового
импульса, при воздействии которым на кубит Б из него извлекалась
информация, записанная на первой стадии эксперимента. На этом
процесс телепортации завершился.
Заметим, что исходное состояние иона А в процессе передачи
разрушается; именно это отличает данную технологию от копирования и
позволяет применять термин «телепортация».
«Речь идет о луче из примерно 5000 частиц, который исчезает в одном
месте и появляется в другом», - говорит физик Астон Брэдли из Центра
квантовой атомной оптики в Брисбене при Австралийском совете по
исследованиям - один из участников разработки нового метода телепортации.
«Мы считаем, что по духу наша схема ближе к первоначальной
фантастической концепции», - заявляет он. Суть подхода группы Брэдли в
том, что ученые берут пучок атомов рубидия, переводят всю его информацию
в луч света, посылают этот луч по оптоволоконному кабелю, а затем
воссоздают первоначальный пучок атомов в другом месте. Если заявленные
результаты подтвердятся, то будет устранено главное препятствие к реальной
телепортации и открыты совершенно новые пути передачи на расстояние все
более крупных объектов.
Квантовая запутанность - взаимозависимость квантовых состояний
между частицами без физического контакта
Модель полученного конденсата Бозе Эйнштейна (иллюстрация авторов работы).
Чтобы новый метод не путали с
квантовой телепортацией, доктор
Брэдли назвал его классической
телепортацией. (Название это
отчасти вводит в заблуждение,
потому что его метод также опирается
на квантовую теорию, но не на
запутывание.)
Ключевым моментом этого нового
типа телепортации является открытое
недавно новое состояние вещества,
известное как «конденсат БозеЭйнштейна», или КБЭ, которое
представляет собой одну из самых
холодных субстанций во всей
Вселенной.
Конденсатом Бозе-Эйнштейна называется особое состояние вещества, при
котором атомы находятся в минимальных квантовых состояниях. Обычное
вещество превращается в подобный конденсат при температурах близких к
абсолютному нулю. В подобном состоянии материи квантовые эффекты
начинают проявляться на макроскопическом уровне.
Получен конденсат Бозе-Эйнштейна
на основе атомов стронция
В природе самую низкую температуру можно обнаружить в открытом
космосе; она составляет З К, т.е. на три градуса выше абсолютного нуля.
(Это благодаря остаточной теплоте Большого взрыва, которая до сих пор
заполняет Вселенную.) Но КБЭ существует при температуре от одной
миллионной до одной миллиардной градуса выше абсолютного нуля; такую
температуру можно получить только в лаборатории.
При охлаждении некоторых форм вещества почти до абсолютного нуля
их атомы (все без исключения) сваливаются на самый низкий
энергетический уровень и начинают вибрировать в унисон, т.е.
становятся
когерентными.
Волновые
функции
всех
атомов
перекрываются, поэтому в каком-то смысле КБЭ напоминает гигантский
«сверхатом», причем все составляющие его отдельные атомы
колеблются в унисон. Существование этого необычного состояния
вещества предсказали Эйнштейн и Шатьендранат Бозе еще в 1925 г., но
прошло 70 лет, прежде чем в 1995 г. КБЭ был наконец получен в
лабораториях
Массачусетского
технологического
института
и
Университета Колорадо.
Вот как работает телепортационное
устройство Брэдли и его команды.
Начинается все с набора суперхолодных
атомов рубидия в состоянии КБЭ. Затем
на КБЭ направляют пучок атомов (все
того же рубидия). Атомы пучка также
стремятся перейти в состояние с самой
низкой энергией, поэтому они
сбрасывают излишки энергии в виде
квантов света. Полученный таким
образом световой луч посылают по
оптоволоконному кабелю.
Примечательно, что этот луч содержит
всю квантовую информацию,
необходимую для описания
первоначального пучка вещества (т. е.
информацию о расположении и скорости
всех его атомов). Пройдя по кабелю,
световой луч попадает в уже другой КБЭ,
который превращает его в
первоначальный поток вещества.
Сверхпроводниковый потоковый кубит
Этот новый метод телепортации ученые считают чрезвычайно
многообещающим, так как в нем не задействована запутанность атомов. Но у
этого метода есть свои проблемы. Он очень жестко определяется свойствами
конденсата Бозе-Эйнштейна, который чрезвычайно сложно получить в
лаборатории. Более того, КБЭ обладает достаточно необычными свойствами и
в некоторых отношениях ведет себя как один гигантский атом. Необычные
квантовые эффекты, которые можно наблюдать только на атомном уровне, в
КБЭ в принципе можно увидеть невооруженным глазом. Когда-то это считалось
невозможным.
Цепочка из восьми спинов. J –
энергия обменного
(ферромагнитного)
взаимодействия соседних спинов,
hB=2J и -hB=-2J – локальные поля
на крайних спинах, ht=0.1J –
локальные поля на остальных
шести спинах. Изображенная
здесь конфигурация является
метастабильной (доменная стенка
расположена в центре цепочки).
b) Зависимость полной энергии
цепочки от положения доменной
стенки (за начало отсчета принята
энергия основного состояния).
a)
Ближайшее практическое приложение КБЭ - создание атомных лазеров.
Разумеется, основой лазера служит когерентный пучок фотонов, которые
колеблются в унисон. Но ведь КБЭ представляет собой набор атомов,
которые тоже колеблются в унисон; отсюда возможность создать поток
когерентных КБЭ-атомов. Другими словами, КБЭ может стать основой для
устройств, аналогичных обычным лазерам: это атомные, или вещественные,
лазеры, которые сделаны из КБЭ-атомов. В настоящее время лазеры имеют
широчайшее применение в обычной жизни, и атомные лазеры, возможно,
войдут в нашу жизнь не менее глубоко. Но так как КБЭ может существовать
только при температурах, едва-едва превышающих абсолютный нуль,
прогресс в этой области наверняка будет медленным, хотя и уверенным.
Схема атомного спинового устройства для
логических операций AND и OR. Два
спиновых проводника (цепочки атомов Fe на
медной подложке) соединяют входы a и b
(треугольные островки Co) с выходом (атом
Fe).
Намагниченность
входов
может
изменяться независимо за счет поля Bpulse.
Взаимодействия входов с ближайшими к
ним атомами (Jisl), последних атомов
цепочки с выходом (Ja, Jb) и между
соседними
атомами
(Jl)
являются
антиферромагнитными (механизм RKKY).
Слабое поле Bbias используется для снятия
спинового вырождения выходного атома Fe
при наличии фрустрации.
Можем ли мы сказать с учетом всего уже достигнутого, когда мы сами получим
возможность телепортироваться? В ближайшие годы физики надеются
телепортировать сложные молекулы. После этого несколько десятилетий
наверняка уйдет на разработку способа телепортации ДНК или, может быть,
какого-нибудь вируса.
МОДЕЛЬ ХОРОВИЦА-МАЛДАСЕНЫ
предполагает, что улетающая частица уносит
не только массу, но и информацию. Частица
квантово-механически сцеплена с падающим в
дыру партнером, который, в свою очередь,
сцеплен с другой материей. Сцепление
«выносит» информацию о ней наружу.
Первый закон квантовой арифметики: вычисление потребляет энергию. Спин
протона кодирует один бит, который можно инвертировать с помощью
магнитного поля. Чем сильнее поле, тем больше энергия взаимодействия и
тем быстрее инвертируется спин протона.
ДОЙДЕТ ЛИ ОЧЕРЕДЬ ДО ЧЕЛОВЕКА?
Против телепортации человека - в точности как в фантастических фильмах также нет никаких принципиальных возражений, но технические проблемы,
которые надо преодолеть на пути к подобному достижению, поражают
воображение. Пока для того, чтобы добиться когерентности крошечных
световых фотонов и отдельных атомов, требуются усилия лучших физических
лабораторий мира. О квантовой когерентности с участием реальных
макроскопических объектов, таких как человек, речь пока не идет и еще долго
идти не будет. Скорее всего, пройдет немало столетий, прежде чем мы
сможем телепортировать обычные предметы, если это вообще возможно.
Несмотря на все современные достижения в области квантовой телепортации,
перспективы телепортации человека остаются весьма туманными. Конечно,
хочется верить, что ученые что-нибудь придумают. Еще в 1966 году в книге
«Сумма технологии» Станислав Лем писал:
«Если нам удастся синтезировать из атомов Наполеона (при условии, что в
нашем распоряжении имеется его «поатомная опись»), то Наполеон будет
живым человеком. Если снять подобную опись с любого человека и передать
ее «по телеграфу» на приемное устройство, аппаратура которого на
основе принятой информации воссоздаст тело и мозг этого человека, то он
выйдет из приемного устройства живым и здоровым».
Однако практика в этом случае
намного сложнее теории. Так что нам с
вами вряд ли придется
попутешествовать по мирам с
помощью телепортации, а тем более с гарантированной безопасностью,
ведь достаточно одной ошибки и
можно превратиться в бессмысленный
набор атомов. Вот опытный
галактический инспектор из романа
Клиффорда Саймака знает в этом толк
и не зря считает, что
«те, кто берется за передачу
материи на расстояние, должны бы
прежде научиться делать это как
положено».
ЧЕМ КВАНТОВАЯ ТЕЛЕПОРТАЦИЯ ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ DHL?
С точки зрения физики телепортировать танк из точки А в точку Б очень
просто. Нужно взять танк в точке А, измерить все его элементы, сделать
чертежи и отправить их в точку Б. Потом в точке Б по этим чертежам
собрать такой же танк. Но с квантовыми объектами дело обстоит
значительно сложнее.
Все в этом мире состоит из протонов, нейтронов и электронов, но все
эти элементы по-разному собраны и по-разному движутся. Говоря
научно, они находятся в разном квантовом состоянии. И даже если бы
у нас была машина, которая могла бы манипулировать отдельными
частицами: собирать из них атомы, из атомов молекулы, мы все равно
не смогли бы телепортировать даже амебу. Дело в том, что у маленьких
квантовых объектов нельзя одновременно измерить все их параметры:
разобрать квантовый танк на части мы бы еще смогли, а вот измерить
их уже нет.
Эту-то проблему и решает квантовая
телепортация. Она позволяет перенести
свойства одного объекта на другой объектболванку: квантовое состояние одного атома на
другой атом, скорость и координату одного
электрона на другой электрон. Смысл в том,
что не имея никакой возможности узнать, в
каком состоянии находится исходный атом, мы
можем сделать так, что другой атом будет
находиться в таком же неведомом, но
конкретном состоянии. Правда, при этом
состояние первого атома необратимо
изменится, и, получив копию, мы потеряем
оригинал.
Итак, квантовая телепортация - это перенос состояния с оригинала на
атом-болванку. Для этого физики берут специальные частицы-близнецы.
Лучше всего на эту роль подходит пара красных фотонов, полученных в
результате распада одного фиолетового. Эти фотоны-близнецы обладают
уникальным квантовым свойством: как бы далеко они ни были разнесены, они
не перестают чувствовать друг друга. Как только изменяется состояние одного
из фотонов - немедленно изменяется состояние другого.
Схематическое изображение распределения фермионов и бозонов по
квантовым состояниям при температуре ниже температуры вырождения
(из выпуска 23 бюллетеня ПерсТ за 2003 г.).
Так вот, для телепортации квантового состояния из точки А в точку
Б берутся эти два фотона. Один отправляется в точку А, другой - в
точку Б. Фотон в точке А взаимодействует с атомом, состояние
которого нужно передать в точку Б. Фотон здесь выступает в роли
курьера DHL - он приехал к атому, забрал у него пакет документов,
таким образом навсегда лишив его этих документов, но собрав
нужную информацию, после чего садится в грузовик и увозит
документы. В точке Б пакет получает другой фотон и везет его
новому владельцу.
КОНЕЦ ПРЕЗЕНТАЦИИ
Корпорация «Информационная медицина»
г. Киев - 2012