Квантовая телепортация: туннель

      Комментарии к записи Квантовая телепортация: туннель отключены

Квантовая телепортация: туннель

    Такую машину-телепорт выстроили в фильме «Контакт». С ее помощью героиня Джоди Фостер совершила путешествие в второй мир, быть может — и нет

В фантастических мирах, придуманных сценаристами и писателями, телепортация в далеком прошлом стала стандартной транспортной услугой. Думается, сложно отыскать так же стремительный, эргономичный и одновременно с этим интуитивно понятный метод перемещения в пространстве.

Прекрасную идею телепортации поддерживают и ученые: еще основатель кибернетики Норберт Винер в собственной работе «Кибернетика и общество» посвятил «возможности путешествовать при помощи телеграфа» целую главу. С того времени прошло полвека, и за это время мы практически близко приблизились к мечте человечества о таких путешествиях: в нескольких лабораториях мира осуществлена успешная квантовая телепортация.

Базы

Из-за чего телепортация как раз квантовая? Дело в том, что квантовые объекты (элементарные частицы либо атомы) владеют своеобразными особенностями, каковые обусловлены законами квантового мира и в макромире не наблюдаются. Как раз такие свойства частиц и послужили базой опытов по телепортации.

ЭПР-парадокс

Во время активного развития квантовой теории, в 1935 году, в известной работе Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена «Может ли квантово-механическое описание действительности быть полным?» был сформулирован так называемый ЭПР-парадокс (парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена).

Авторы продемонстрировали, что из квантовой теории направляться: в случае если имеется две частицы A и B с неспециализированным прошлым (разлетевшиеся по окончании столкновения либо появившиеся при распаде некоей частицы), то состояние частицы B зависит от состояния частицы A и эта зависимость обязана проявляться мгновенно и на любом расстоянии. Такие частицы именуют ЭПР-парой и говорят, что они будут в «запутанном» состоянии.

В первую очередь отметим, что в квантовом мире частица — это объект вероятностный, другими словами она может быть в нескольких состояниях в один момент — к примеру, возможно не просто «тёмной» либо «белой», а «серой». Но при измерении таковой частицы мы постоянно увидим лишь одно из вероятных состояний — «тёмное» либо «белое», причем с определенной предсказуемой возможностью, а все остальные состояния наряду с этим разрушатся. Более того, из двух квантовых частиц возможно создать такое «запутанное» состояние, что все будет еще увлекательнее: в случае если одна из них окажется при измерении «тёмной», то вторая — обязательно «белой», и напротив!

Дабы разобраться, в чем же содержится парадокс, сперва совершим опыт с макроскопическими объектами. Заберём два коробки, в каждом из которых лежат по два шара — тёмный и белый. И отвезем один из этих коробок на Северный полюс, а второй на Южный.

В случае если мы вынем на Южном полюсе один из шаров (к примеру, тёмный), то это никак не повлияет на итог выбора на Северном полюсе. Совсем не обязательно, что в том месте нам в этом случае попадется как раз белый шар. Данный несложный пример подтверждает тот факт, что замечать ЭПР-парадокс в отечественном мире нереально.

Но в первой половине 80-ых годов двадцатого века Алан Нюанс экспериментально продемонстрировал, что в квантовом мире ЭПР-парадокс вправду имеет место. Особые измерения состояния ЭПР-частиц A и B продемонстрировали, что ЭПР-пара не просто связана неспециализированным прошлым, но частица B каким-то образом мгновенно «определит» о том, как была измерена частица A (какую ее чёрта измеряли) и какой оказался итог.

Если бы обращение шла об вышеупомянутых коробках с четырьмя шарами, то это означало бы, что вынув на Южном полюсе тёмный шар, на Северном полюсе мы обязательно должны вынуть белый! Но так как сотрудничества между A и B нет и сверхсветовая передача сигнала неосуществима! В последующих опытах существование ЭПР-парадокса подтверждалось, даже в том случае, если частицы ЭПР-пары были удалены друг от друга на расстояние порядка 10 км.

Эти совсем немыслимые с позиций отечественной интуиции испытания легко разъясняются квантовой теорией. Так как ЭПР-пара именно представляет собой две частицы в «запутанном» состоянии, соответственно, итог измерения, к примеру, частицы A определяет итог измерения частицы B.

Примечательно, что Эйнштейн вычислял им же предсказанное поведение частиц в ЭПР-парах «действием демонов на расстоянии» и был уверен, что ЭПР-парадокс лишний раз демонстрирует несостоятельность квантовой механики, которую ученый отказывался принимать. Он полагал, что объяснение парадокса неубедительно, поскольку «в случае если в соответствии с квантовой теории наблюдатель формирует либо может частично создавать замечаемое, то мышь может переделать Вселенную, легко взглянуть на нее».

Опыты по телепортации

В первой половине 90-ых годов двадцатого века Чарльз Беннет и его сотрудники придумали, как возможно применять превосходные особенности ЭПР-пар: они изобрели метод переноса квантового состояния объекта на другой квантовый объект посредством ЭПР-пары и назвали данный метод квантовой телепортацией. А во второй половине 90-ых годов двадцатого века несколько экспериментаторов под управлением Антона Цайлингера в первый раз осуществила квантовую телепортацию состояния фотона. Схема телепортации детально обрисована на врезке.

разочарования и Ограничения

Очень важно, что квантовая телепортация — это перенос не объекта, а лишь малоизвестного квантового состояния одного объекта на другой квантовый объект. Кроме того, что квантовое состояние телепортируемого объекта так и остается для нас тайной, оно к тому же необратимо разрушается. Но в чем мы можем быть совсем уверены, так это в том, что взяли аналогичное состояние другого объекта в другом месте.

Тех, кто рассчитывал, что телепортация будет мгновенной, ожидает разочарование. В методе Беннета для успешной телепортации нужен хороший канал связи, соответственно, и скорость телепортации не имеет возможности быть больше скорость передачи данных по простому каналу.

И до тех пор пока совсем неизвестно, удастся ли перейти от атомов состояний и телепортации частиц к телепортации макроскопических объектов.

Использование

Использование на практике для квантовой телепортации нашлось скоро — это квантовые компьютеры, где информация хранится в виде комплекта квантовых состояний. Тут квантовая телепортация была совершенным методом передачи данных, что принципиально исключает копирования и возможность перехвата передаваемой информации.

Дойдет ли очередь до человека?

Не обращая внимания на все современные успехи в области квантовой телепортации, возможности телепортации человека остаются очень туманными. Само собой разумеется, хочется верить, что ученые что-нибудь придумают. Еще во второй половине 60-ых годов двадцатого века в книге «Сумма разработки» Станислав Лем писал: «В случае если нам удастся синтезировать из атомов Наполеона (при условии, что в отечественном распоряжении имеется его «поатомная опись»), то Наполеон будет живым человеком.

В случае если снять подобную опись с любого человека и передать ее «по телеграфу» на приемное устройство, аппаратура которого на базе принятой информации воссоздаст мозг и тело этого человека, то он выйдет из приемного устройства живым и здоровым».

Но практика в этом случае куда сложнее теории. Так что нам с вами вряд ли нужно будет попутешествовать по мирам посредством телепортации, а тем более — с гарантированной безопасностью, поскольку достаточно одной неточности и возможно превратиться в тщетный комплект атомов. Вот умелый галактический инспектор из романа Клиффорда Саймака знает в этом толк и не напрасно уверен в том, что «те, кто берется за передачу материи на расстояние, должны бы прежде обучиться делать это как положено».

Телепортированное состояние

Пускай у нас имеется удаленные друг от друга наблюдатели A — Алиса и B — Боб (такие имена даны наблюдателям во всех работах по квантовой телепортации). У Алисы имеется фотон A в малоизвестном состоянии, а у Боба — фотон B. Нужно перевести фотон B у Боба в такое же состояние, как фотон A (что и будет телепортацией состояния фотона A на фотон B).

Для этого производятся следующие действия.

В некоей точке создается ЭПР-пара из фотонов B и B1, а позже фотон B переносится в точку, где находится Боб, а фотон B1 — в точку, где находится Алиса.

После этого производится измерение Алисиной совокупности, складывающейся из фотонов A и B1. В следствии этого измерения часть квантовой информации о частице B1 (как составной части совокупности A+B1) за счет особенностей ЭПР-пары мгновенно передается частице B, а состояния частиц A и B1 разрушаются. Наряду с этим все данные о совокупности A+B1 мы уже знаем и можем передать ее Бобу по хорошему каналу связи.

Бобу заблаговременно как мы знаем, что измерение совокупности A+B1 может дать пара вероятных результатов. Каждому из них Боб может поставить в соответствие намерено вычисленное корректирующее преобразование — такое, что в случае если применить его к частице B, то ее состояние станет тождественным состоянию частицы A. Так, при получении от Алисы информации об измерении, Бобу остается лишь выбрать необходимое преобразование и применить его.

В следствии так и оставшееся малоизвестным состояние Алисиного фотона A исчезает, но появляется аналогичное ему состояние фотона B у Боба.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№6, апрель 2003).

Квантовая телепортация (рассказывает физик Евгений Смирнов)


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: