Телепортация путаницы. часть первая: квантовые тайны
Телепортация в далеком прошлом прекратила быть только фантастическим термином и прочно завоевала научный лексикон. Действительно, до переброски людей между городами ещё очень на большом растоянии. Совсем сравнительно не так давно физики проводили испытания с фотонами, а сейчас настал черёд ядер атома.
Две группы учёных в австрийском университете Инсбрука (University of Innsbruck) и американском Национальном университете технологий и стандартов (NIST) практически одновременно и независимо друг от друга совершили первую в мире телепортацию квантовых состояний атомов.
Ранее подобные испытания проводили только с фотонами. Наряду с этим давешние опыты по телепортации носили вероятностный темперамент, тогда как в этих двух работах исследователи выделили полную детерминированность (предопределённость) процесса от начала и до конца.
Кроме того среди физиков ещё идут жаркие дискуссии относительно тонкостей телепортации.
Что уж сказать о несложных любопытных гражданах, которым в большинстве случаев приходится просматривать материалы на данную тему двух типов — или с непонятными терминами и кучей формул, или научно-популярные, но с неточностями и распространёнными околонаучными мифами.
Ранее физикам получалось проводить телепортацию квантовых параметров только для фотонов (фото с сайта news.bbc.co.uk).
Сенсационные испытания австрийских и американских физиков — красивый опыт постараться расставить все точки над «i».
И осознать — из-за чего кроме того перенос «вида» одного атома на другой вовсе не свидетельствует, не то что в десятилетия, но и в любом разумно-обозримом будущем, осуществимости той телепортации, что обрисовывают фантасты.
Но открывает дорогу к квантовым компьютерам невиданной мощности.
Два года назад мы уже попытались растолковать базы квантовой телепортации, но это именно тот случай, в то время, когда «издание второе, исправленное и дополненное» — легко нужно.
Итак, под квантовой телепортацией подразумевается передача от одной частицы к второй комплекта каких-либо её квантовых черт (значение поясницы у электрона либо ядра, фаза и поляризация у фотона), либо хотя бы одной из таких черт.
Увидьте, это вовсе не физический и не мгновенный перенос самой частицы от одной точки пространства к второй.
Что именно переносится при телепортации, наглядно представить не так легко, как думается на первый взгляд. Это не информация об объекте. Это само состояние объекта.
Кроме того в случае если мгновенная переброска людей останется мечтой, квантовая телепортация даст нам множество необычных разработок (иллюстрация с сайта star-voyager.de).
Из-за чего нельзя говорить о переносе информации? Ну, к примеру, по причине того, что в ходе опыта переносимые с одной частицы на другую правильные характеристики (значения) так и остаются малоизвестными экспериментаторам.
Более того, как ни необычно, в той информации, что и в самом деле переносится при исполнении опыта (по в полной мере настоящим физическим сетям и с в полной мере настоящей скоростью света), простите за тавтологию, не содержится ровным счётом никакой информации о копируемом объекте.
Но по порядку. Представьте себе, что некоторый шарик возможно тёмным либо белым. Применительно к компьютерной начинке мы имели возможность бы сказать о «0» и «1» и о том, что этот шарик кодирует один бит.
В микромире, живущем по законам квантовой механики шарик — электрон, фотон либо ядро атома — может пребывать в суперпозиции — в призрачном состоянии между 0 и 1.
Но это не шарик легко серого цвета, как возможно было бы поразмыслить по аналогии с привычным миром.
Это некое распределение возможности того, что, взглянуть на этот шарик, мы заметим тот либо другой цвет.
Данное распределение выражается в виде так называемой волновой функции. А их совокупность для различных черт одной и той же частички можно считать полным «образом» шарика — полным квантовым состоянием.
Кстати, в случае если уж сказать о пояснице (в несложном представлении — это направление вращения частицы), то по логике вещей оно (в неких координатах) может идти или по часовой, или против часовой стрелки.
Части настоящей телепортационной установки также будут смотреться фантастично (фото с сайта news.bbc.co.uk).
Но это справедливо только в макромире. А в микромире вращение частицы в один момент во все стороны — нормально.
Это призрачное многовариантное вращение возможно обрисовано волновой функцией, но не измерено напрямую.
То же и с поляризацией фотона — до тех пор пока он летит, его поляризация как бы «размазана» по некоему полю возможностей, но когда он попадает в детектор — поляризация принимает в полной мере конкретное значение, каковое и измеряется.
В случае если сказать о физической стороне американцев и эксперимента австрийцев, то она подготавливалась в далеком прошлом.
на данный момент технически уже вероятно изолировать один ион в ловушке из электромагнитных полей, охладить его до сверхнизкой температуры, а после этого посредством очень подобранных параметров лазерного луча — придать иону произвольное квантовое состояние.
К примеру, дабы его спин был равен 1 либо 0, либо тому и второму с возможностью совершенно верно 50%.
Такие стандартные квантовые операции либо преобразования именуют гейтами.
По аналогии с математикой, упрощённо, это похоже на прибавку единицы, её половины либо нуля (либо вычитанию) к малоизвестному для экспериментатору числу (волновая функция — другими словами предшествующее состояние частицы).
Итог неизвестен, но хотя бы известно одно его слагаемое.
Но неприятность в том, что законы природы не разрешают измерить у отдельной частицы её волновую функцию — сам факт измерения меняет частицу, и мы возьмём (в терминах информации) ноль либо единицу, а вовсе не непредставимую и размазанную возможность.
Но как раз в таком вероятностном виде частица живёт, пока мы её не замечаем и не измеряем.
А телепортация квантовых состояний атомов со стороны выглядит достаточно буднично (фото с сайта discovery.com).
Потому запрещено «вид» одного атома и вылепить по слепку копию атома первого, забрав за базу второй атом (либо фотон — всё будет подобно).
А также феномен запутанности либо связанности не окажет помощь. По крайней мере, напрямую.
Напомним, запутанность — это свойство частиц микромира объединяться в пары так, что квантовые состояния этих «шариков» постоянно будут связаны, скоррелированы, даже в том случае, если по окончании запутывания частицы развести по различным городам.
Такую запутанность возможно создавать искусственно, помещая две частицы близко рядом и облучая их одним лучом при условии сильнейшего охлаждения (миллионные доли градуса выше полного нуля), ликвидирующего хаотичное перемещение частиц.
Тут, думается, имеется одна из основных ловушек для логики. Кое-какие говорят, что в случае если мы придадим запутанной частице некое состояние — то же состояние мгновенно примет и её родная пара.
Это не в полной мере так либо, скорее, сильное упрощение. Запутанные частицы в действительности не владеют никакой возможностью определить о переменах, произошедших с первой частицей.
К тому же информация не передаётся «мгновенно». Теория относительности до тех пор пока ещё остаётся целой.
В действительности, измеряя, скажем, спин частицы, мы всего лишь совершенно верно определим, что вздумай мы измерить его и у второй из запутанной пары — возьмём тот же итог.
Но, как мы сообщили, открыв тёмный ящик, где запрятана частица (совершив посредством того же лазера измерение некой её характеристики), мы заметим или тёмный, или белый цвет.
А нам-то весьма интересно передать от одной частицы к второй не белый либо тёмный, а «никакой» цвет — ту самую волновую функцию с её коэффициентами возможности. Это и будет квантовой телепортацией.
Продолжение направляться.
