Квантовият свят често противоречи на здравия разум. Нобеловият лауреат Ричард Фейнман каза веднъж: "Мисля, че спокойно мога да кажа, че никой не разбира квантовата механика." Квантовата телепортация е само едно от онези странни и на пръв поглед нелогични явления.
През 2017 г. изследователи от Китай телепортираха обекта в космоса. Това не беше човек, не куче или дори молекула. Това беше фотон. Или по-скоро информация, описваща конкретен фотон. Но защо това се нарича телепортация?
Изводът е, че квантовата телепортация няма много общо с телепортацията като такава. По-скоро е въпрос на създаване на интернет, който не може да бъде хакнат. Но преди да преминем директно към този въпрос, нека поговорим за парадокс.
Блестящият физик и автор на специални и общи теории на относителността Алберт Айнщайн смята квантовата механика за недостатъчна теория. През 1935 г., заедно с физиците Борис Подолски и Нейтън Росен, той пише статия, в която определя парадокс, който поставя под съмнение почти всичко, свързано с квантовата механика - парадокса на EPR.
Квантовата механика е науката за най-малките аспекти на Вселената: атоми, електрони, кварки, фотони и т.н. Той разкрива парадоксални и понякога противоречиви аспекти на физическата реалност. Един такъв аспект е фактът, че измервайки частица, вие я "променяте". Този феномен в крайна сметка беше наречен ефект на наблюдателя: актът на измерване на явление безвъзвратно го засяга.
Схематично описание на експериментална настройка за телепортиране на фотон в космоса / Китайска академия на науките.
Често, за да наблюдаваме атом, ние греем върху него. Фотоните на тази светлина взаимодействат с частицата, като по този начин влияят на нейното положение, ъглов импулс, въртене или други характеристики. В квантовия свят използването на фотони за наблюдение на атом е сходно с използването на топки за боулинг за броене на щифтовете в края на боулинг. В резултат на това е невъзможно да се знаят точно всички свойства на дадена частица, тъй като в процеса на своето изследване наблюдателят влияе върху резултата.
Ефектът на наблюдателя често се бърка с идеята, че съзнанието може по някакъв начин да повлияе или дори да създаде реалност. Всъщност няма нищо свръхестествено в този ефект, тъй като той изобщо не изисква съзнание.
Промоционално видео:
Фотоните, сблъскващи се с атом, произвеждат един и същи наблюдателен ефект, независимо дали се движат към него поради действия от страна на човешкото съзнание или не. В този случай „наблюдавайте“е просто да си взаимодействате.
Не можем да бъдем външни наблюдатели. В квантовите системи човек винаги участва активно, замъглявайки резултатите.
Точно това Алберт Айнщайн не харесваше. За него тази присъща неяснота показваше непълнота в квантовата механика, която трябваше да бъде премахната. Ученият смяташе, че реалността не може да бъде толкова ненадеждна. Точно това се отнася до известната му фраза: „Бог не играе на зарове с Вселената“.
И нищо не подчертава слабостта на квантовата механика повече от парадокса на квантовото заплитане.
Понякога, в квантов мащаб, частиците могат да бъдат свързани помежду си по такъв начин, че измерването на свойствата на една частица мигновено засяга друга, без значение колко далеч са един от друг. Това е квантово заплитане.
Според теорията на относителността на Айнщайн нищо не може да пътува по-бързо от светлината. Обаче, квантовото заплитане изглежда нарушава това правило. Ако една частица е заплетена с друга и всяка възможна промяна, която се случи с една от тях, засяга другата, тогава трябва да има някаква връзка между тях. В противен случай как могат да повлияят един на друг? Но ако това се случи моментално, въпреки разстоянията, тази връзка трябва да се осъществи по-бързо от скоростта на светлината - оттам идва и самият EPR парадокс.
Ако се опитате да измерите през кой процеп преминава електрон по време на експеримент с две прорези, няма да получите интерферентен модел. Вместо това електроните няма да се държат като вълни, а като "класически" частици.
Айнщайн нарече това явление „призрачно действие на разстояние“. Цялото поле на квантовата механика му се стори толкова несигурно, колкото се предполагаше квантово заплитане. До края на живота си физикът се опитва безуспешно да „закърпи“теорията, но нищо не се получи. Просто нямаше какво да се поправи.
След смъртта на Айнщайн многократно се доказваше, че квантовата механика е правилна и работи, дори ако често противоречи на здравия разум. Учените потвърдиха, че парадоксът на квантовото заплитане е истинско явление и като цяло не е парадокс. Въпреки факта, че заплитането се случва моментално, никаква информация не може да се прехвърля между частиците по-бързо от скоростта на светлината.
Как всичко това се свързва с квантовата телепортация? Да се върнем към нашата тема. Факт е, че по този начин информацията все още може да бъде прехвърлена. Точно това направиха изследователите от Китай през 2017 година. Въпреки че се нарича "телепортация", всъщност учените са извършили прехвърлянето на информация между два заплетени фотона.
Когато лазерен лъч е насочен през специален кристал, фотоните, излъчвани от него, се заплитат. Така че, когато единият фотон се измерва в заплетена двойка, състоянието на другия веднага се знае. Ако използвате техните квантови състояния като носител на сигнал, тогава информацията може да бъде прехвърлена между два фотона. Това е правено преди в лаборатории по целия свят, но никога досега този процес не се е провеждал на такова разстояние.
Китайски изследователи изпратиха заплетен фотон до спътник на 1400 километра над Земята. След това оплитат фотона, останал на планетата, с третия фотон, което му позволява да изпрати своето квантово състояние към фотона на спътника, като по този начин ефективно копира третия фотон в орбита. Третият фотон обаче не е физически прехвърлен към спътника. Предавана и възстановена е само информация за нейното квантово състояние.
Така че това не беше телепортация в стил Star Trek. Но най-големият пробив в този експеримент не беше телепортацията, а комуникацията.
Квантов интернет, базиран на заплетени частици, би бил почти невъзможен за хакване. И всичко благодарение на ефекта на наблюдателя.
Ако някой се опита да прехване някое от тези квантови предавания, по същество това ще бъде опит да наблюдава частицата, която - както вече знаем - ще я промени. Компрометираното предаване ще бъде видимо веднага, тъй като частиците ще престанат да се заплитат или предаването ще бъде напълно унищожено.
Quantum Internet би била почти 100% защитена комуникационна мрежа. Без достъп до заплетени частици, никой не би могъл да го хакне. И ако някой получи достъп до една от заплетените частици, веднага ще го забележи, тъй като частицата ще изчезне, което означава, че Интернет ще спре да работи. Ето как може да бъде по-полезно от фотонно телепортиращо устройство.
Изследователите трябваше да направят над милион опити за успешно заплитане на малко над 900 частици. Тъй като фотоните трябва да преминат през нашата атмосфера, има голяма вероятност те да взаимодействат с други частици, следователно, те ще бъдат „наблюдавани“, елиминирайки заплитането и завършвайки предаването.
Квантовата телепортация губи цялата информация за оригиналната частица, но създава идентично копие на другия край / & копие; Джим Ал-Халили / По време на квантовата телепортация цялата информация за оригиналната частица се губи, но в другия край се създава идентично копие / Джим Ал-Халили.
Дали някой ден - някъде в далечното бъдеще - ще използваме същата техника за телепортиране на големи предмети или дори хора? На теория, да. Това би заплетено всяка частица в тялото със същия брой частици в местоназначението. Всяко състояние и позиция на всички ваши частици ще трябва да бъдат сканирани и прехвърлени на друго място. Чакащите частици ще се заплитат и ще приемат предадената им информация, като моментално приемат състояние, идентично с оригиналните частици. Това е по същество същото, което се случи с фотоните в китайския експеримент. Единствената разлика е, че става въпрос за всяка частица в тялото ви.
Не бива обаче да се радвате. Телепортацията също подлежи на ефекта на наблюдателя. Процесът на сканиране, който измерва всичките ви частици, незабавно би променил всички тях. Възможно е промените да са били неприятни за вас, да се превърнете в неузнаваема квантова слуз. Бихте престанали да съществувате в първоначалната точка и да се появите в друга - абсолютно същата, но с нов набор от частици. Дали ще останете себе си или не, е съвсем различен въпрос.
Владимир Гилен
