• Лента публикаций
  • Последние публикации
    • за все время
    • за полгода
    • за месяц
    • Города и страны
    • Здоровье
    • Изобретения
    • Интересные факты
    • История
    • Космос
    • Наука
    • Природа
    • Рекорды
    • Технологии
    • Человек
Наука и техника
Подписаться Войти / РЕГИСТРАЦИЯ
  • Небольшие технические трудности. В ближайшее время мы появимся в сети и сайт станет чуточку лучше

Квантовая телепортация: что это такое и как работает

12 апреля 2019
  • 7
  • 6
  • 2
  • 1
Показать публикацию

Квантовый мир часто противоречит здравому смыслу. Нобелевский лауреат Ричард Фейнман как-то заявил: «Думаю, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает». Квантовая телепортация — как раз один из таких странных и, казалось бы, нелогичных феноменов.

В 2017 году исследователи из Китая телепортировали объект в открытый космос. Это был не человек, не собака и даже не молекула. Это был фотон. А точнее — информация, описывающая конкретный фотон. Но почему это называют телепортацией?

Суть в том, что квантовая телепортация мало связана с телепортацией как таковой. Это скорее вопрос создания интернета, который нельзя взломать. Но прежде чем мы перейдем непосредственно к этому вопросу, поговорим об одном парадоксе.

Гениальный физик и автор Специальной и Общей теорий относительности Альберт Эйнштейн считал квантовую механику ошибочной теорией. В 1935 году он вместе с физиками Борисом Подольским и Натаном Розеном написал статью, в которой определил парадокс, ставящий под сомнение практически все, что связано с квантовой механикой, — ЭПР-парадокс.

Квантовая механика — наука о самых малых аспектах Вселенной: атомах, электронах, кварках, фотонах и так далее. Она раскрывает парадоксальные, а порой и противоречивые аспекты физической реальности. Одним из таких аспектов можно назвать тот факт, что, проводя измерение частицы, вы ее «изменяете». Это явление в итоге назвали эффектом наблюдателя: акт измерения феномена непоправимо влияет на него.

Схематическое описание эксперементальной установки для телепортации фотона в открытый космос / © China Academy of Sciences

Схематическое описание эксперементальной установки для телепортации фотона в открытый космос 

Зачастую, чтобы наблюдать атом, мы на него светим. Фотоны этого света взаимодействуют с частицей, тем самым влияя на ее позицию, момент импульса, спин или другие характеристики. В квантовом мире применение фотонов для наблюдения атома сродни использованию шаров для боулинга, чтобы пересчитать кегли в конце кегельбана. В итоге точно узнать все свойства частицы невозможно, так как в процессе ее исследования наблюдатель влияет на результат.

Эффект наблюдателя часто путают с идеей о том, что сознание каким-то образом может повлиять на действительность или даже создать ее. На самом деле, в этом эффекте нет ничего сверхъестественного, так как для него вовсе не требуется сознание.

Фотоны, сталкивающиеся с атомом, производят тот же самый эффект наблюдателя вне зависимости от того, движутся они к нему по причине действий со стороны человеческого сознания или нет. В этом случае «наблюдать» — значит попросту взаимодействовать.

Мы не можем быть сторонними наблюдателями. В квантовых системах человек всегда принимает активное участие, смазывая результаты.

Именно это не нравилось Альберту Эйнштейну. Для него эта присущая неопределенность указывала на неполноту квантовой механики, которую надо было устранить. Ученый считал, что реальность не может быть настолько ненадежной. Именно к этому относится его знаменитая фраза: «Бог не играет в кости со Вселенной».

И ничто так сильно не подчеркивало слабость квантовой механики, как парадокс квантовой запутанности.

Иногда на квантовых масштабах частицы могут стать взаимосвязанными между собой таким образом, что измерение свойств одной частицы моментально влияет на другую, вне зависимости от того, насколько они удалены друг от друга. Это и есть квантовая запутанность.

Согласно теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света. Однако квантовая запутанность, похоже, нарушала это правило. Если одна частица запутана с другой, а любое возможное изменение, происходящее с одной из них, влияет на вторую, значит, между ними должна происходить какая-то связь. Иначе как они могут влиять друг на друга? Но если это происходит моментально, несмотря на расстояния, эта связь должна происходить быстрее скорости света — отсюда тот самый ЭПР-парадокс.

При попытке измерить, через какую прорезь проходит электрон во время эксперимента с двумя прорезями, то интерференционная картина не получится. Вместо этого, электроны будут вести себя не как волны, а как «классические» частицы / © Wikimedia Commons

При попытке измерить, через какую прорезь проходит электрон во время эксперимента с двумя прорезями, то интерференционная картина не получится. Вместо этого, электроны будут вести себя не как волны, а как «классические» частицы 

Эйнштейн назвал это явление «жутким действием на расстоянии». Вся область квантовой механики казалась ему такой же хлипкой, как предполагаемая квантовая запутанность. Физик до конца жизни безуспешно пытался «подлатать» теорию, но ничего не вышло. Просто исправлять было нечего.

Уже после смерти Эйнштейна неоднократно было доказано, что квантовая механика верна и работает, пусть и зачастую противоречит здравому смыслу. Ученые подтвердили, что парадокс квантовой запутанности — реальный феномен, и вообще это не парадокс. Несмотря на то что запутанность происходит моментально, никакая информация не может быть передана между частицами быстрее скорости света.

Как это все связано с квантовой телепортацией? Вернемся к нашей теме. Дело в том, что таким образом информация все-таки может быть передана. Именно это в 2017 году сделали исследователи из Китая. Хотя это и называют «телепортацией», по сути, ученые совершили передачу информации между двумя запутанными фотонами.

При направлении лазерного луча через специальный кристалл испущенные им фотоны запутываются. Так что, когда в запутанной паре измеряется один фотон, сразу становится известно состояние другого. Если использовать их квантовые состояния в качестве переносчика сигнала, то между двумя фотонами можно передавать информацию. Это проделывали и раньше в лабораториях по всему миру, но никогда прежде этот процесс не проходил на таком расстоянии.

Китайские исследователи отправили запутанный фотон на спутник, расположенный в 1400 километрах над Землей. Затем они запутали фотон, оставшийся на планете, с третьим фотоном, что позволило отправить его квантовое состояние фотону на спутнике, тем самым эффективно скопировав третий фотон на орбите. Однако третий фотон не был физически перемещен на спутник. Была передана и восстановлена только информация о его квантовом состоянии.

Так что это не была телепортация в духе «Звездного пути». Но самым большим прорывом в этом эксперименте стала не телепортация, а коммуникация.

Квантовый интернет на основе запутанных частиц было бы практически невозможно взломать. И все благодаря эффекту наблюдателя.

Если кто-то попытается перехватить одну из таких квантовых передач, по сути, это будет попытка наблюдать частицу, что — как мы уже знаем — изменит ее. Скомпрометированная передача стала бы сразу заметна, так как частицы перестали бы быть запутанными или передача была бы полностью уничтожена.

Квантовый интернет был бы практически на 100% безопасной коммуникационной сетью. Не имея доступа к запутанным частицам, никто не смог бы его взломать. А если бы кто-то все-таки получил доступ к одной из запутанных частиц, это бы тут же заметили, так как пропала бы частица, а значит, интернет перестал бы работать. Именно таким образом это может быть полезно больше, чем устройство для телепортации фотонов.

Исследователям пришлось совершить свыше миллиона попыток для успешного запутывания чуть более 900 частиц. Так как фотоны должны проходить через нашу атмосферу, есть высокая вероятность, что они будут взаимодействовать с другими частицами, следовательно, будут «наблюдаться», уничтожая запутанность и завершая передачу.

При квантовой телепортации теряется вся информация об оригинальной частице, но на другом конце создается ее идентичная копия / © Jim Al-Khalili/

При квантовой телепортации теряется вся информация об оригинальной частице, но на другом конце создается ее идентичная копия 

Сможем ли мы однажды — когда-нибудь в далеком будущем — использовать эту же технику для телепортации крупных объектов или даже людей? Теоретически да. Для этого пришлось бы запутывать каждую частицу в теле с таким же количеством частиц в точке назначения. Каждое состояние и позиция всех ваших частиц будет необходимо просканировать и передать в другое место. Ожидающие частицы запутаются и примут переданную им информацию, моментально приняв состояние, идентичное оригинальным частицам. По сути, это то же самое, что произошло с фотонами в китайском эксперименте. Разница лишь в том, что здесь речь идет о каждой частице в вашем теле.

Тем не менее не стоит сильно радоваться. Телепортация также подвержена эффекту наблюдателя. Процесс сканирования, измеряющий все ваши частицы, моментально бы все их изменил. Вполне возможно, что изменения были для вас малоприятными, вы превратились бы в неузнаваемую квантовую слизь. Вы бы перестали существовать в изначальной точке и появились бы в другой — абсолютно таким же, но уже с новым набором частиц. Но остались бы вы собой или нет — совсем другой вопрос. 

Источник

+25
  • 7
  • 6
  • 2
  • 1
Полина
созерцатель
  • Активность: 120k
  • Пол: Женщина
Полина созерцатель
Технологии
Публикации месяца
15 научных открытий в истории человечества, которыми люди пользуются и сегодня
15 научных открытий в истории человеч...
1585 11
10 удивительных парадоксов, которые поставят вас в тупик
10 удивительных парадоксов, которые п...
1848 4
10 тайных сообществ, которые до сих пор влияют на мир
10 тайных сообществ, которые до сих п...
1249 1
25 самых крепких известных материалов
25 самых крепких известных материалов
1225 6
15 космических открытий, которые ломают устоявшиеся стереотипы
15 космических открытий, которые лома...
1115 0
10 маленьких грязных секретиков NASA
10 маленьких грязных секретиков NASA
1244 0
Древние технологии, которые опередили время
Древние технологии, которые опередили...
1322 3
10 поразительных научных тайн из отдаленных уголков планеты
10 поразительных научных тайн из отда...
1200 1
Удивительные факты о новой Девятой планете
Удивительные факты о новой Девятой пл...
1116 3
Идеи Николы Тесла, которые открывают человечеству новые горизонты
Идеи Николы Тесла, которые открывают ...
1376 5

Показать комментарий

[[comment.formatted_mark_curval]]
[[comment.formatted_mark_curval]]
Александр Кораблев
мастер
  • Активность: 10k
  • Репутация: 64
  • Пол: Мужчина
Александр Кораблев мастер
3 года назад

Сколько не искал нигде не могу найти как "запутывают" частицы? Как их отличают от незапутанных? И как узнают на огромных расстояниях, что запутанная частица изменила свои параметры в ту же секунду, что и та частица, что тут "поблизости"?

+6
Афанасий Фет
ученик
  • Активность: 8124
  • Репутация: 36
  • Пол: Мужчина
Афанасий Фет ученик
3 года назад

Александр, ещё Эйнштейн это разъяснил: частица со спином ноль распается на две частицы с полуцелым спином. Но какая из них с плюсом и какая с минусом выясняется только в процессе измерения.

+3
Алекс Николаев
ученик
  • Активность: 6071
  • Репутация: 38
  • Пол: Мужчина
Алекс Николаев ученик
3 года назад

Александр,
В ЦЕРНе думают иначе...
https://youtu.be/zhnNa1_59sc

+3

12 комментариев

Александр Кораблев
мастер
  • Активность: 10k
  • Репутация: 64
  • Пол: Мужчина
Александр Кораблев мастер
3 года назад

None

Показать комментарий

Сколько не искал нигде не могу найти как "запутывают" частицы? Как их отличают от незапутанных? И как узнают на огромных расстояниях, что запутанная частица изменила свои параметры в ту же секунду, что и та частица, что тут "поблизости"?

+6
Владимир Игнатьев
новичок
  • Активность: 1445
  • Репутация: -10
  • Пол: Мужчина
Владимир Игнатьев новичок Александр Кораблев
3 года назад

None

Показать комментарий

Александр, Такой информации нет, есть только болтовня...

+2
Афанасий Фет
ученик
  • Активность: 8124
  • Репутация: 36
  • Пол: Мужчина
Афанасий Фет ученик Александр Кораблев
3 года назад

None

Показать комментарий

Александр, ещё Эйнштейн это разъяснил: частица со спином ноль распается на две частицы с полуцелым спином. Но какая из них с плюсом и какая с минусом выясняется только в процессе измерения.

+3
Владимир Ушкал
новичок
  • Активность: 1527
  • Репутация: -2
  • Пол: Мужчина
Владимир Ушкал новичок Александр Кораблев
3 года назад

None

Показать комментарий

Александр, Купи и изучай "Физика ДАО" иначе "таланты" будут кошмарить голову

-1
Александр Из морской парусной снасти
злостный тролль
  • Активность: 27k
  • Репутация: -822
  • Пол: Мужчина
Александр Из морской парусной снасти злостный тролль
3 года назад

None

Показать комментарий

Очень любопытная статья.Спасибо. Появилось представление о проблеме. (Эх,Перельмана ,первого, до военного, пропагандиста науки, на эту тему. Он бы разложил эту тему. Помню, как доходчиво он объяснял на макете нам, третье классникам, в Музее науки действия магнитных мин.Была с ними большая проблема. А через два десятка лет мне пришлось на размагничивании на СФ).
Первое результат прочтения - по минимуму. В следующих - просветление. Только треба не полениться - поднапречь извилинами. М.б. и доберёмся до истины.

0
Роман Кузнецов
ученик
  • Активность: 1799
  • Репутация: 9
  • Пол: Мужчина
Роман Кузнецов ученик
3 года назад

None

Показать комментарий

. НА Мой взгляд эту статью написал сказочный фантаст.

+2
Александр Ивашкевич
новичок
  • Активность: 243
  • Репутация: 0
  • Пол: Мужчина
Александр Ивашкевич новичок
3 года назад

None

Показать комментарий

Нобелевский лауреат Ричард Фейнман как-то заявил: «Думаю, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает». И он абсолютно прав! Но... Людям хочется экзотики и чуда! Квантовая телепортация - это один из ряда странных и пустых ноуменов для болванов. Чушь полная! Как и глупости про кошку Шреденгера...

-1
Алекс Николаев
ученик
  • Активность: 6071
  • Репутация: 38
  • Пол: Мужчина
Алекс Николаев ученик Александр Ивашкевич
3 года назад

None

Показать комментарий

Александр,
В ЦЕРНе думают иначе...
https://youtu.be/zhnNa1_59sc

+3
Ан Ру
злостный тролль
  • Активность: 22k
  • Репутация: -465
  • Пол: Мужчина
Ан Ру злостный тролль
3 года назад

None

Показать комментарий

Что-то в этом есть!
Только, до практического телепортирования хотя бы видеокамеры, хотя бы на Марс - еще 1000 лет.
При условии, что не будет ядерной войны...

+1
a p
злостный тролль
  • Активность: 14k
  • Репутация: -182
a p злостный тролль Ан Ру
3 года назад

None

Показать комментарий

Ан, практически это уже было эпохами ранее,но тогда и в технологиях отчего-то надобности не было,представляете?

+1
Ан Ру
злостный тролль
  • Активность: 22k
  • Репутация: -465
  • Пол: Мужчина
Ан Ру злостный тролль a p
3 года назад

None

Показать комментарий

a, Что было эпохами раньше - не представляю!
Рад, что у вас такое богатое воображение.

+2
Армен
злостный тролль
  • Активность: 21k
  • Репутация: -282
  • Пол: Мужчина
Армен злостный тролль
3 года назад

None

Показать комментарий

Гипотетический пример с объекатами: "...Для этого пришлось бы запутывать каждую частицу в теле...". О каких частицах идет речь? Атомы? Электроны? Атомы с электронами вместе? Протоны, нейтроны? Кварки? - вобщем, хреновый пример.

+2

Показать комментарий

[[comment.formatted_mark_curval]]
[[comment.formatted_mark_curval]]
< >

Последние публикации

Читать далее
10 удивительных вещей, которые мы узнали благодаря комете Чурюмова-Герасименко

10 удивительных вещей, которые мы узнали благодаря комете Чурюмова-Герасименко

132 0
Марина
10 гениальных изобретений, которые люди подсмотрели у животных

10 гениальных изобретений, которые люди подсмотрели у животных

150 0
Марина
7 загадочных артефактов, доказывающих существование развитых древних цивилизаций

7 загадочных артефактов, доказывающих существование развитых древних цивилизаций

143 0
Марина
10 самых странных спутников солнечной системы

10 самых странных спутников солнечной системы

116 0
Марина
Не нужно паниковать, Солнечное пятно, увеличившееся вдвое, не опасно

Не нужно паниковать, Солнечное пятно, увеличившееся вдвое, не опасно

687 0
Джексон
Остатки поглощенных эмбрионов планет обнаружены в «чреве» Юпитера за завесой облаков

Остатки поглощенных эмбрионов планет обнаружены в «чреве» Юпитера за завесой облаков

536 0
Джексон
В нашей галактике Млечный путь могут присутствовать четыре враждебные цивилизации

В нашей галактике Млечный путь могут присутствовать четыре враждебные цивилизации

1330 9
Джексон

Читать далее
  • Помощь
  • Реклама
  • Пользовательское соглашение
  • Правообладателям

Использование материалов сайта возможно только при указании гиперссылки на источник

Обратная связь
  • vk
© 2022, Наука и техника
[[plusRating]]
[[minusRating]]