Телепортация - из фантастики в реальность

Начнем с одного из парадоксов этой области - парадоксе наблюдателя. Дело в том, что квантовая механика занимается изучением поведения очень маленьких частиц. И человек, проводя исследование какой-нибудь частицы, изменяет её состояние. Например, если мы будем освещать атомы, при этом наблюдая за ними, то мелкие частицы этого света вступят в контакт с атомами, меняя их характеристики. По сути, парадокс наблюдателя состоит в том, что из-за нашего наблюдения невозможно узнать первоначальные свойства объекта.

Чтобы провести аналогию, представьте, что вы - начальник и у вас есть подчиненный, у которого три состояния: он спит, он работает, он бездельничает. Пока вы стоите за пределами кабинета, вы не знаете, чем занят подчиненный. Но, как только вы откроете дверь, его состояние может измениться. То есть, он мог спать на рабочем месте, но появление начальника заставило его резко начать работать (или делать вид).

Возможно, самым ранним описанным устройством для телепортации был передатчик материи из рассказа Эдварда Пейджа Митчелла «Человек без тела», опубликованный в 1877 году. В этой истории ученый изобретает машину, которая разбирает кошку на атомы и отправляет их по проводам в специальный приемник, где животное собирается снова живым и здоровым. Затем изобретатель пытается проделать операцию сам, но, к сожалению, батарея устройства разряжается, прежде чем он смог передать только свою голову.

Кроме парадокса наблюдателя, в объяснении процесса квантовой телепортации нам поможет квантовая запутанность, еще один парадокс квантовой механики. В чем же суть этого явления? Взаимосвязанные частицы ( их называют “запутанные”) оказывают влияние друг на друга вне зависимости от расстояния между ними. Для лучшего понимания подойдет следующая аналогия.

Похожее по теме... Насколько ВИРТУАЛЬНА наша Вселенная?Что такое виртуальные частицы? Почему вакуум не пустой? На что влияют квантовые флуктуации? И, наконец, живем ли мы в симуляции? В этом выпуске обзорный рассказ о кон

Вся эта неопределенность квантовой механики очень сильно раздражала Альберта Эйнштейна. Он не мог поверить в то, что в нашей реальности возможна такая хаотичность. Кроме этого, квантовая механика внесла противоречие в теорию относительности. Существование парадокса квантовой запутанности подвергает сомнению утверждение о том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, ведь информация передается от частицы к частице моментально.

Артур Конан Дойл был увлечен идеями телепортации, озвученными в одном из рассказов о профессоре Челленджере. Злой персонаж Немор, построивший соответствующее устройство, спрашивает Челленджера: «Можете ли вы представить себе процесс, посредством которого вы, органическое существо, каким-то образом растворяетесь в космосе, а затем, при тонком изменении условий, собираетесь еще раз?»

Эйнштейн не успел разобраться с этим феноменом при жизни. Спустя много лет после его смерти другие исследователи доказали, что квантовая механика - это вовсе не чушь. 

 Сегодня, и это совсем не фантастический сон, телепортация происходит регулярно в лабораториях по всему миру в форме квантовой телепортации. В настоящее время явление ограничено крошечными частицами, такими как отдельные фотоны, или квантовыми свойствами атомов; хотя в январе 2009 года ученые объявили, что впервые им удалось телепортировать один ион элемента иттербия. Но возникает естественный вопрос – возможно ли, что когда-нибудь появится возможность телепортировать более крупные объекты и даже людей.

Здесь есть сложности. Телепортирование электрона или атома – это одно, но средний человеческий организм состоит из около 7000 триллионов триллионов атомов. Невероятно сложно зафиксировать мгновенные квантовые состояния огромного количества частиц материи, чтобы дематериализовать их и вновь собрать в другом месте.

Телепортация людей не произойдет ни завтра ни, если не случится какого-то грандиозного прорыва, в ближайшие несколько десятилетий. Тем не менее это не должно мешать нам думать о ее возможных последствиях, если она когда – нибудь действительно станет возможной. Фактически, ряд философов уже использовали телепортацию и телепортационные инциденты, чтобы соотнести их с тайнами личной идентичности.

Одним из самых удивительных и (исторически, по крайней мере) противоречивых аспектов квантовой физики является то, что невозможно с уверенностью предсказать исход одного эксперимента с квантовой системой. Когда физики предсказывают исход определенного эксперимента, их предсказание носит форму вероятности нахождения каждого из конкретных возможных результатов, а сравнения между теорией и экспериментом всегда включают выведение распределения вероятностей из многих повторных экспериментов.

Одной из особенностей квантовой телепортации – единственной формы телепортации, которая позволяет создать идеальную копию оригинала где-то еще, является то, что оригинал уничтожается. Имеет ли это значение? Один аргумент говорит, что нет, потому что идеальная копия так же хороша, как и оригинал. На атомном уровне все частицы одинаковы.

Кроме того, материал в наших телах в любом случае постоянно заменяется. Даже без телепортации атомы и молекулы постоянно входят в ваше тело и покидают его, так что со временем каждый элемент материи, из которой мы сделаны, заменяется. Согласно одной из оценок, мы полностью заменяемся на клеточном уровне примерно каждые семь лет.

Какой бы странной квантовая физика ни казалась, это явно не магия. То, что она постулирует, странное по меркам повседневной физики, но она строго ограничена хорошо понятными математическими правилами и принципами.

Поэтому если кто-то придет к вам с «квантовой» идеей, которая кажется невозможной, — бесконечная энергия, волшебная целительная сила, невозможные космические двигатели — это почти наверняка невозможно. Это не значит, что мы не можем использовать квантовую физику, чтобы делать невероятные вещи: мы постоянно пишем о невероятных прорывах с использованием квантовых явлений, и они уже порядком удивили человечество, это лишь означает, что мы не выйдем за границы законов термодинамики и здравого смысла.

Таким образом, телепортация не будет делать что-либо качественно отличное от того, что происходит при обычном ходе событий. Просто замена всех ваших частиц произойдет одним махом, а не с течением времени. Другой аргумент настаивает на том, что телепортация эквивалентна смерти. Человек, который верит в душу, может также полагать, что, в то время как физическое тело может быть телепортировано, душа этого сделать не может. Но даже если оставить проблему души, можно утверждать, что превращение в совершенный клон означает стать кем-то другим.

Квантовые компьютеры

Популярность квантовых компьютеров растет, и газеты охотно о них пишут. Но в основном все сводится к серьезным и осторожным отчетам. А жаль, ведь квантовая механика — это не наука, а сплошной праздник.

На фото типичный квантовый компьютер

И сейчас вы в этом убедитесь. Мир квантовой механики, а следовательно, и квантовых вычислений, полон таких чудес, как путешествия во времени, телепортация и параллельные вселенные. В свое время он взбудоражил светлые умы Эйнштейна и Шредингера, и его тайны до сих пор поражают современных ученых. А все потому, что никто так до конца и не понял законы этой науки.

Квантовые компьютеры уже существуют, но никто точно не знает, как они работают

В 2017 году никого было не удивить прорывами в сфере разработки квантовых компьютеров. Google и IBM включились в квантовую гонку, наращивая число кубитов, а Intel даже представила квантовый компьютер на кремниевом чипе. Но ученым еще предстоит выяснить, как именно работает «квантовая запутанность». В основе квантовых вычислений лежит двойственная природа квантового бита (также известного как кубит): благодаря квантовой запутанности он может находиться в двух состояниях одновременно.

Звучит безумно. Но если задуматься, природа так и устроена — многие ее явления оказываются не тем, чем кажутся.

Квантовые компьютеры — вполне естественный природный элемент - в отличие от двоичных систем

В 2017 году ученые из IBM успешно смоделировали структуру молекулы гидрида бериллия с помощью семикубитного процессора (это самая сложная молекула из всех, которые удалось симулировать до сих пор). Событие стало очень важным сразу по нескольким причинам.

Во-первых, это было сделано впервые в истории, но, что еще более ценно, это подтверждает способность квантовых вычислений точно моделировать природу нашего мира. На сегодняшний день физическое моделирование опирается на двоичную систему счисления. Другими словами, объект либо «есть», либо «нет», когда речь идет о его способности создавать детерминированные модели природного мира. У квантовых компьютеров не будет таких ограничений — а значит, они смогут более точно воспроизводить реальность.

Путешествие во времени — это не выдумка, оно возможно с помощью квантовых частиц

Все, кто смотрел «Назад в будущее», знают, что Delorean требуется 1,21 гигаватт энергии для путешествия во времени, но не в каждой лаборатории поместится целый автомобиль. Не говоря уже о том, что Delorean на самом деле все-таки не перемещается во времени — в отличие от квантовых частиц. В прошлогоднем исследовании международной команды ученых говорится о том, что они использовали квантовую механику, чтобы отправить мельчайшие квантовые частицы в прошлое. До Тардис, предположим, далековато, но нужно же с чего-то начать.

Квантовая запутанность — это по сути и есть телепортация

В 2017 году группа китайских ученых использовала квантовую телепортацию (то есть передачу квантового состояния частицы на расстояние) для отправки сообщения с космического спутника на две отдельные станции на Земле. Команда создала пары фотонов, которые были разделены расстоянием, но не временем. Согласно квантовой механике даже при удалении таких частиц друг от друга они сохраняют информацию о состоянии своего партнера (выполняется принцип локального реализма), поэтому сообщение, помещенное в одну из них, мгновенно появляется и в другой.

Это позволило ученым общаться посредством света, не ограничиваясь скоростью света!

Квантовые вычисления могут быть доказательством существования альтернативной вселенной

Может быть, вам не нравится тот факт, что Плутон лишили статуса планеты, или вас злит политика Альфы Центавра. В любом случае, есть хорошие новости: велика вероятность, что мы видим только половину общей картины, потому что не учитываем другие вселенные. Ученые — например, профессор Оксфордского университета доктор Дэвид Дойч — полагают, что квантовые биты могут существовать в двух состояниях, поскольку находятся в двух вселенных одновременно. «Квантовая теория параллельных вселенных — это не проблема, а решение. Это не какое-то невразумительное следствие сомнительных теоретических соображений. Многомировая интерпретация — единственное в своем роде объяснение структуры нашей замечательной и противоречивой реальности», — уверен Дойч. А учитывая почетный официальный статус «приглашенного профессора кафедры атомной и лазерной физики» он наверняка знает, о чем говорит.