Возможна ли телепортация?
Может ли бейсбольный мяч трансформироваться в подобие радиоволны,
путешествовать сквозь здания,
огибать углы
и снова превратиться в бейсбольный мяч?
Как это ни странно, согласно квантовой механике, ответ: «Да».
Вроде бы.
Вот в чём фокус.
Сам мяч нельзя передать посредством радиоволн,
но всю информацию о нём — вполне можно.
В квантовой физике атомы и электроны
понимаются как совокупность различных свойств,
таких как положение,
момент
и собственный спин.
Значение этих свойств задаёт частицу,
придавая ей квантовую идентичность.
Если два электрона имеют одно и то же квантовое состояние,
они идентичны.
В прямом смысле наш мяч определяется множеством квантовых состояний,
в которых находятся его атомы.
Если бы информация о квантовом состоянии могла быть прочитана в Бостоне
и отправлена по всему миру,
атомы тех же химических элементов могли бы получить эту информацию,
затем их можно воссоздать в Бангалоре
и направить на сборку,
в результате чего мы получим такой же бейсбольный мячик.
Правда, есть одно но.
Квантовые состояния не так просто измерить.
Принцип неопределённости в квантовой физике
подразумевает, что положение и момент частицы
не могут быть измерены в одно и то же время.
Самый простой способ измерения точного положения электрона
требует рассеивания частицы света, фотона,
и сбора света в микроскопе.
Но рассеивание изменяет момент электрона непредсказуемым образом.
В результате мы теряем всю предыдущую информацию о моменте.
В некотором смысле квантовая информация довольно зыбкая.
Измерение информации меняет её.
Как же нам передавать то,
что мы не можем полностью считывать, не уничтожив при этом?
Ответ найдём в странных явлениях квантовой запутанности.
Запутанность — это давняя загадка, известная с первых дней квантовой физики,
и это явление до сих пор не до конца изучено.
Запутанность спина двух электронов означает влияние,
превосходящее расстояние.
Спин первого электрона определяет,
какой спин будет у второго электрона,
независимо от расстояния между ними, будь то километр или световой год.
Каким-то образом информация о квантовом состоянии первого электрона,
так называемая кубит данных,
влияет на соседние электроны без передачи через промежуточное пространство.
Эйнштейн и его коллеги назвали эту странную связь
«жутким дальнодействием».
Кажется, что запутанность между двумя частицами
помогает мгновенно передавать кубит через пространство,
однако есть загвоздка.
Данное взаимодействие должно начаться локально.
Два электрона должны быть запутаны в непосредственной близости,
прежде чем один из них будет перенесён на новый участок.
Сама по себе квантовая запутанность не является телепортацией.
Чтобы совершить телепортацию,
нам нужно цифровое сообщение, чтобы помочь интерпретировать кубит
на принимающей стороне.
У нас два бита данных, созданных путём измерения первой частицы.
Эти цифровые биты должны передаваться по классическому каналу, ограниченному
скоростью света, радио, микроволнами и, возможно, оптическим волокном.
Когда для цифрового сообщения измеряется частица,
мы уничтожаем её квантовую информацию,
так что бейсбольный мяч должен исчезнуть из Бостона
и затем появиться в Бангалоре.
Благодаря принципу неопределённости,
телепортация передаёт информацию о мяче
между двумя городами и никогда не дублирует её.
Поэтому в принципе мы могли бы телепортировать объекты и даже людей,
но в настоящее время маловероятно, что мы можем измерить квантовое состояние
триллион триллионов или более атомов в больших объектах,
а затем воссоздать их в другом месте.
Сложность этой задачи и энергозатраты просто астрономические.
Пока мы можем телепортировать одиночные электроны и атомы,
что может привести к самому защищённому шифрованию данных
в будущих квантовых компьютерах.
Философские последствия квантовой телепортации весьма коварны.
Телепортируемый объект не до конца путешествует в пространстве
как реальная материя.
Также не передаётся в пространстве как неуловимая информация.
Кажется, что происходит и одно, и другое.
Квантовая физика даёт нам необычное новое видение
всей материи нашей вселенной как хранилища ускользающей информации.
Квантовая телепортация раскрывает новые способы влияния на эту хрупкость.
Помните, что нет ничего невозможного.
За чуть более века
человечество перешло от неопределённого понимания нового явления
поведения электронов в атомном масштабе
до их безопасной телепортации в пределах комнаты.
Какие технические возможности для телепортации
появятся у нас через тысячу или даже десять тысяч лет?
Только время и пространство знают ответ.