Как устроена телепортация
Квантовая телепортация — это передача квантового состояния на расстояние. Отдельно ее объяснить трудно, это можно сделать только вкупе со всей квантовой физикой. В своей лекции, состоявшейся в рамках «Лектория 2035» на ВДНХ, профессор физического факультета Университет Калгари (Канада), член Канадского института высших исследований Александр Львовский постарался простым языком рассказать о принципах квантовой телепортации и квантовой криптографии. «Лента.ру» публикует выдержки из его выступления.
Криптография — это искусство общения защищенным образом по незащищенному каналу. То есть у вас есть некая линия, которую могут прослушивать, и вам нужно передать по ней секретное сообщение, которое никто посторонний не сможет прочесть.
Представим, что, скажем, если у Алисы и Боба есть так называемый секретный ключ, а именно — тайная последовательность нулей и единиц, которой нет ни у кого другого, они могут зашифровать сообщение с помощью этого ключа, применив операцию исключающего ИЛИ, чтобы ноль совпадал с нулем, а единица — с единицей. Такое зашифрованное послание уже можно передать по открытому каналу. Если его кто-то перехватит, это не страшно, ведь его никто не сможет прочесть, кроме Боба, у которого есть копия секретного ключа.
В любой криптографии, в любой коммуникации самым дорогим ресурсом является случайная последовательность нулей и единиц, которой владеют только два общающихся. Но в большей части случаев используется криптография с открытым ключом. Допустим, вы покупаете что-то с помощью кредитной карты в интернет-магазине по безопасному протоколу HTTPS. По нему ваш компьютер переговаривается с каким-то сервером, с которым до этого никогда не общался, и у него не было возможности обменяться с этим сервером секретным ключом.
Тайна этого диалога обеспечивается решением сложной математической задачи, в частности — разложения на простые множители. Перемножить два простых числа легко, а если уже дано их произведение, то найти два сомножителя трудно. Если число достаточно большое, оно потребует от обычного компьютера многолетних вычислений.
Однако если этот компьютер не обычный, а квантовый, он такую задачу решит легко. Когда он будет наконец изобретен, приведенный выше широко используемый метод окажется бесполезным, что, как ожидается, будет иметь катастрофические последствия для общества.
Если помните, в первой книге про Гарри Поттера главному герою нужно было пройти через защиту, чтобы добраться до Философского камня. Тут нечто похожее: тому, кто установил защиту, будет легко пройти ее. Гарри пришлось очень трудно, но в итоге он ее все же преодолел.
Этот пример очень хорошо иллюстрирует криптографию с открытым ключом. Тот, кто его не знает, в принципе имеет возможность расшифровать сообщения, однако ему будет очень трудно, и на это потенциально потребуется много лет. Абсолютной безопасности криптография с открытым ключом не дает.
Квантовая криптография
Все это объясняет необходимость квантовой криптографии. Она дает нам лучшее из обоих миров. Есть метод одноразового блокнота, надежный, но, с другой стороны, требующий «дорогого» секретного ключа. Чтобы Алиса могла общаться с Бобом, она должна послать ему курьера с чемоданом, полным дисков с такими ключами. Он их будет постепенно расходовать, так как каждый из них можно использовать только один раз. С другой стороны, у нас есть метод открытого ключа, который «дешев», но не дает абсолютной надежности.
Квантовая криптография, с одной стороны, «дешевая», она позволяет безопасную передачу ключа по каналу, в который могут залезть, а с другой стороны — гарантирует секретность благодаря фундаментальным законам физики. Смысл ее заключается в том, чтобы кодировать информацию в квантовом состоянии отдельных фотонов.
В соответствии с постулатами квантовой физики, квантовое состояние в момент, когда его пытаются измерить, разрушается и изменяется. Таким образом, если на линии между Алисой и Бобом есть какой-то шпион, пытающийся подслушать или подсмотреть, он неизбежно изменит состояние фотонов, общающиеся заметят, что линию прослушивают, прекратят коммуникацию и примут меры.
В отличие от многих других квантовых технологий, квантовая криптография является коммерческой, это не научная фантастика. Уже сейчас есть компании, производящие серверы, подключаемые к обычной оптоволоконной линии, с помощью которых можно осуществлять безопасное общение.
Как работает поляризационный светоделитель
Свет — это поперечная электромагнитная волна, колеблющаяся не вдоль, а поперек. Это свойство называется поляризацией, и оно присутствует даже в отдельных фотонах. С помощью них можно кодировать информацию. Например, горизонтальный фотон — это ноль, а вертикальный — единица (то же верно для фотонов с поляризацией плюс 45 градусов и минус 45 градусов).
Алиса закодировала таким образом информацию, и Бобу нужно ее принять. Для этого используется специальный прибор — поляризационный светоделитель, куб, состоящий из двух призм, склеенных между собой. Он пропускает горизонтально поляризованный поток и отражает вертикально поляризованный, благодаря чему происходит декодирование информации. Если горизонтальный фотон — ноль, а вертикальный — единица, то тогда в случае логического ноля щелкнет один детектор, а в случае единицы — другой.
Но что будет, если мы пошлем диагональный фотон? Тогда начинает играть роль знаменитая квантовая случайность. Нельзя сказать, пройдет такой фотон или отразится — он с вероятностью 50 процентов сделает либо одно, либо другое. Предсказать его поведение невозможно в принципе. Более того, это свойство лежит в основе коммерческих генераторов случайных чисел.
Что же делать, если у нас стоит задача различить поляризации плюс 45 градусов и минус 45 градусов? Нужно повернуть светоделитель вокруг оси луча. Тогда закон квантовой случайности будет действовать для фотонов с горизонтальной и вертикальной поляризациями. Это свойство фундаментально. Мы не можем задать вопрос о том, какая поляризация у этого фотона.
Принцип квантовой криптографии
В чем же заключается идея квантовой криптографии? Предположим, Алиса посылает Бобу фотон, который она кодирует либо горизонтально-вертикальным образом, либо диагональным. Боб тоже подбрасывает монетку, решая случайным образом, каким будет его базис: горизонтально-вертикальным или диагональным. Если их способы кодировки совпадут — Боб получит данные, которые послала Алиса, если же нет — то какую-то ерунду. Они проводят эту операцию много тысяч раз, а потом «созваниваются» по открытому каналу и сообщают друг другу, в каких базисах совершали передачу, — можно считать, что эта информация теперь доступна кому угодно. Далее Боб и Алиса смогут отсеять события, в которых базисы были разные, и оставить те, в которых они были одинаковые (их будет примерно половина).
Допустим, в линию вклинился какой-то шпион, желающий подслушать сообщения, но ему тоже необходимо измерять информацию в каком-то базисе. Представим, что у Алисы и Боба он совпал, а у шпиона — нет. В ситуации, когда данные были посланы в горизонтально-вертикальном базисе, а подслушивающий измерил передачу в диагональном, он получит случайное значение и перешлет дальше какой-то произвольный фотон Бобу, так как не знает, каким он должен быть. Таким образом, его вмешательство будет замечено.
Самая главная проблема квантовой криптографии — это потери. Даже самое лучшее и современное оптоволокно дает 50 процентов потерь на каждые 10-12 километров кабеля. Допустим, мы посылаем наш секретный ключ из Москвы в Петербург — на 750 километров, и только один из миллиарда миллиардов фотонов достигнет цели. Все это делает технологию совершенно непрактичной. Именно поэтому современная квантовая криптография работает только на расстоянии примерно 100 километров. Теоретически известно, как эту проблему решить, — с помощью квантовых повторителей, но для их реализации нужна квантовая телепортация.
Квантовая запутанность
Научное определение квантовой запутанности — это делокализованное состояние суперпозиции. Звучит сложно, но можно привести простой пример. Предположим, у нас есть два фотона: горизонтальный и вертикальный, квантовые состояния которых взаимозависимы. Один из них мы посылаем Алисе, а другой — Бобу, которые делают измерения на поляризационном светоделителе.
Когда эти измерения совершаются в обычном горизонтально-вертикальном базисе, понятно, что результат будет скоррелирован. Если Алиса заметила горизонтальный фотон, то второй, естественно, будет вертикальным, и наоборот. Это можно представить проще: у нас есть синий и красный шарик, мы не глядя запечатываем каждый из них в конверт и посылаем двум получателям — если одному придет красный, второй обязательно получит синий.
Но в случае квантовой запутанности этим дело не ограничивается. Эта корреляция имеет место не только в горизонтально-вертикальном базисе, но и в любом другом. Например, если Алиса и Боб одновременно повернут свои светоделители на 45 градусов, у них опять будет полное совпадение.
Это очень странное квантовое явление. Допустим, Алиса повернула каким-то образом свой светоделитель и обнаружила какой-то фотон с поляризацией ?, который прошел через него. Если Боб измерит свой фотон в том же самом базисе, он обнаружит поляризацию 90 градусов +?.
Итак, в начале мы имеем состояние запутанности: фотон Алисы полностью неопределен и фотон Боба полностью неопределен. Когда Алиса измерила свой фотон, обнаружила какое-то значение, то теперь известно точно, какой фотон у Боба, как бы далеко он ни находился. Этот эффект многократно подтвержден экспериментами, это не фантазия.
Квантовая телепортация
Допустим, у Алисы есть некий фотон с поляризацией ?, которую она еще не знает, то есть находящийся в неизвестном состоянии. Между ней и Бобом нет прямого канала. Если бы канал был, то Алиса смогла бы зарегистрировать состояние фотона и донести эту информацию до Боба. Но квантовое состояние за одно измерение узнать невозможно, поэтому такой способ не годится. Однако между Алисой и Бобом есть заранее приготовленная запутанная пара фотонов. За счет этого можно заставить фотон Боба принять первоначальное состояние фотона Алисы, «созвонившись» потом по условной телефонной линии.
Вот классический (хотя и очень отдаленный аналог) всего этого. Алиса и Боб получают в конверте по шарику — синий или красный. Алиса хочет послать Бобу информацию о том, какой у нее. Для этого ей нужно, «созвонившись» с Бобом, сравнить шарики, сказав ему «у меня такой же» или «у нас разные». Если кто-то подслушивает эту линию, то это не поможет ему узнать их цвет.
Таким образом, существуют четыре варианта исхода событий (условно, у получателей синие шарики, красные шарики, красный и синий или синий и красный — прим. «Ленты.ру»). Они интересны тем, что образуют базис. Если у нас есть два каких-то фотона с неизвестной поляризацией, то им можно «задать вопрос», в каком из этих состояний они находятся, и получить ответ. Но если хотя бы один из них окажется запутан с каким-то другим фотоном, то произойдет эффект удаленного приготовления, и третий, удаленный фотон «приготовится» в определенном состоянии. На этом и основана квантовая телепортация.
Как это все работает? У нас есть запутанное состояние и фотон, который мы хотим телепортировать. Алиса должна произвести соответствующее измерение исходного телепортированного фотона и задать вопрос, в каком состоянии находится другой. Случайным образом она получает один из четырех возможных ответов. В результате эффекта дистанционного приготовления оказывается, что после этого измерения в зависимости от результата фотон Боба перешел в определенное состояние. До этого он был запутан с фотоном Алисы, пребывая в неопределенном состоянии.
Алиса сообщает Бобу по телефону, каким был результат ее измерений. Если ее результат, допустим, оказался ?-, то Боб знает, что его фотон автоматически преобразовался в это состояние. Если же Алиса сообщила, что ее измерение дало результат ?+, то фотон Боба принял поляризацию -?. В конце эксперимента по телепортации у Боба оказывается копия первоначального фотона Алисы, а ее фотон и информация о нем в процессе разрушаются.
Технология телепортации
Сейчас мы умеем телепортировать поляризацию фотонов и некоторые состояния атомов. Но когда пишут, мол, ученые научились телепортировать атомы — это обман, ведь у атомов очень много квантовых состояний, бесконечное множество. В лучшем случае мы придумали, как телепортировать пару из них.
Мой любимый вопрос — когда будет телепортация человека? Ответ — никогда. Допустим, у нас есть капитан Пикард из сериала «Звездный путь», которого нужно телепортировать на поверхность планеты с корабля. Для этого, как нам уже известно, нужно сделать еще пару таких же Пикардов, привести их в запутанное состояние, которое включает все его возможные состояния (трезвого, пьяного, спящего, курящего — абсолютно все) и провести измерения на обоих. Понятно, насколько это сложно и нереализуемо.
Квантовая телепортация — это интересное, но лабораторное явление. До телепортации живых существ дело не дойдет (по крайней мере, в ближайшем будущем). Однако его можно использовать на практике для создания квантовых повторителей, для передачи информации на далекие расстояния.
https://lenta.ru/articles/2016/08/04/teleportation/
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
МЕНЮ
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - ...
Последние аномальные новости

Волколака убили в Монтане

Дипломатов США в Китае атаковали звуковым оружием

Древний портал Наупа Хуака

Загадочное исчезновение древних американцев

Инопланетные импланты в телах людей

Инопланетянина содержат в Зоне 51

Колдуны из подземелья Колоброс могут воскрешать души мертвецов

Колонию на Марсе предложили выкопать

Компания SpaceX создаст сервис Pravda

Корабль инопланетян разбился на Марсе

Куда чаще всего на Земле бьют молнии

Молнии во время урагана отправляют к Земле антиматерию

Морское чудище выбросило на пляж Уэльса

НАСА игнорирует возможность отправки миссии на Седну

Наскальные рисунки с изображением инопланетян в костюмах

Никому не известные чудовища Гайаны

НЛО замечен в Йошкар-Оле

НЛО странной формы над Новой Зеландией

Обнаружен новый тип полуметаллов

Пожар в монастыре оставил нетронутыми лики святых

Почему жизнь в космосе ослабляет мускулы

Почему низкокалорийная диета продлевает жизнь

Призрак женщины играет с мальчиком

Причина появления загадочных инопланетных сигналов

Пришельцы в Крыму - 1

Пришельцы в Крыму - 2

Репортер телеканала оказалась рептилоидом

Странное исчезновение людей в поселке Речной

Филиппинские хилеры. Целители или шарлатаны

Хиллари Клинтон хочет рассказать правду об инопланетянах

Американцев экстренно предупредили о нападении зомби

Аномалия размером с Землю проходит мимо Солнца

Загадочные деревья из исторических записей

Исчезающее австралийское озеро вернулось

Кота Шредингера нашли внутри листьев растений

Крест на ладонях означает нечто важное

Лженаучные теории. Астрология

Лженаучные теории. Гомеопатия

Лженаучные теории. Новая хронология

Людям на Марсе придется стать мутантами

Мини-справочник по лженаукам

На экзопланетах жизнь сможет существовать дольше

Необычный кратер обнаружили на Марсе

НЛО посетил военную часть под Дальнегорском

Огромные черви-монстры пожирают Францию

Пассажир самолета снял редчайший феномен

Портал в иное измерение открылся в Шотландии

Развернутый отчет о встрече истребителя с НЛО

Ребенок выжил с пятью врожденными аномалиями

Сколько воды нужно для жизни в Солнечной системе

Слияние двух НЛО в небе над Польшей

Создали камеру для поиска экзопланет и инопланетян

Стоунхендж построили не люди

Странная погодная аномалия в Колорадо

Телескоп Хеопс будет изучать экзопланеты

Удивительное свечение над Бразилией

Хор привидений собрался в голливудском отеле

Что будет после гибели человечества

Что известно об уникальных свойствах шунгита

Чудовище вылезает из-под земли возле Зоны-51

Гипнотизер спас британца от одержимости сосисками

Девочка сняла нечто странное на озере Лох-Несс

Загадочная зеленая рука-мумия

Зафиксирован НЛО в небе над Ростовом

Земля обладает далеко не самым большим запасом воды

Используют ли пришельцы вулканы как энергетический источник

Машину экстрасенса сожгли за предсказание

Межзвездный астероид нашли в Солнечной системе

Несколько белых НЛО в небе над Чили медленно падали вниз

Оккультные и тайные общества Москвы

Падение загадочного объекта в Канаде

Поразительный феномен в колумбийском тоннеле

Потусторонние силы пугают работников Дома культуры в Полоцком районе

Похожее на Лох-Несское чудовище появилось в английском канале

Привидение в сербском полицейском участке

Путешествие двух граждан Швейцарии по уральским мегалитам

Разобрались в невозможных движениях Майкла Джексона

Тягу невозможного двигателя объяснили плохим экранированием

Удивительное солнечное гало наблюдали жители Филиппин

Ученые решили заняться тайной Лох-Несского чудовища

Увлекательные фильмы о будущем

Счетчик банкнот Magner 150 Digital. Особенности работы

Блестящий НЛО сняли в Висконсине

Загадку быстрых радиовсплесков связали с загадкой странных звезд

Инопланетянин на заднем дворе

Какие заболевания могли бы вызвать Зомби-апокалипсис

Криптозоологические диковинки. Приключения капитана Хитченса

Круглый остров у реки Парана может быть базой инопланетян

На перевале Дятлова погиб не Семен Золотарёв

Ночью после главной свадьбы Великобритании заметили НЛО

Охотник за привидениями снял загадочное существо

Почему магнитное поле Земли бежит на запад

Правда об американской лунной миссии

Разрабатывают метод погружения человека в зимнюю спячку

Регулярные наблюдения НЛО в Гумпи

Скульптуры загадочной цивилизации Сардинии

Солнечная система меняется под воздействием Нибиру

Столетнюю рыбу-монстра выловили в Китае

Тайна бесследного исчезновения людей в Швеции

Тайна Озера страха в Бурятии

Труп свиньи с человеческими руками нашли в США

Удивительная родина волшебной Снегурочки

В поисках привидений и легенд усадьбы Баташевых

Глаза на затылке не метафора

Горячие Юпитеры были предсказаны в 1952 году

Жителей Чаплыгина держит в страхе чупакабра

Загадочная кошка попала на камеру наблюдения

Инопланетяне пролетели над Петербургом

Как обойти законы квантовой механики

Кошка - проводник между нашим миром и миром иным

Международный музей НЛО в Розуэлле

Найден и расшифрован древний солнечный календарь

Необычное лазерное излучение в туманности Муравей

Никола Тесла слышал разговор инопланетян

НЛО выбирал место для посадки на взлетной полосе

Организуют научно-исследовательскую экспедицию к торгайским геоглифам

Почему в нашей галактике нет инопланетных сфер Дайсона

Самая загадочная звезда во Вселенной

Самые страшные случаи с НЛО

Теории заговора последнего столетия

Щит из магнитов может восстановить климат Марса

Ясновидящие обули пенсионерку из Нововятска

Водяное чудовище заметили в Китае

Генетический мутант вырвался на свободу

Желающих купить метеорит не нашлось

Жуткий Рейк попался на камеру

Насколько близко могут оказаться две инопланетные цивилизации

Некромантия. Научились оживлять свиной мозг

НЛО заметили в небе над Чебаркулем

Обложка журнала сломала мозг пользователям

Обнаружили наследницу дара ясновидения Ванги

Образ Христа на снимке церковного огня

Останки морского чудовища нашли в Мексике

Подтверждена точная дата смерти Гитлера

Пророчества Нострадамуса. Правда или миф

Разгадка концепции невозможного двигателя

Россия начала искать жизнь на Марсе

Современная евгеника. Как создают поколение здоровых людей

Странные небесные взрывы в Огайо

Телескоп для поиска экзопланет прислал первый снимок

Экзопланеты. От ледяного шара к раскаленному аду

Эксперты опровергают внеземное происхождение осьминогов

Аномалии сибирской деревни Окунево

Загадочная Александровская колонна

Землю спасет объединение с Луной в одну экосистему

Искусственный интеллект Алекса предсказал конец света

Колдунов давно пора остановить

Комета указала на девятую планету Солнечной системы

Мобильный телефон обнаружили на Марсе

Молнии признали самым загадочным явлением

Мы все являемся частью грандиозного и смертоносного эксперимента

На дне Индийского океана обнаружены неизвестные животные

Наклон оси может превратить в ледяной шар обитаемую планету

Нашествие комаров на Воронежскую область

Нашли свидетельства жизни на Марсе

Обнаружили еще одну таинственную звуковую иллюзию

Подсчитали число мертвых звезд в окрестностях Солнца

Пророчества, связанные с Исаакиевским собором

Тайна гранитных плит в могиле дятловца Золотарёва

Шансы найти жизнь на Европе возросли

Эпидемия, которая уничтожит людей, животных и растения

Ясновидящая поддержала ограничение рекламы для экстрасенсов

Армада НЛО пролетела над Флоридой

База инопланетян в кратере Фалес на Луне

ВВС США испытают авиационный боевой лазер в течение года

Девочку-альбиноса обезглавили ради магических амулетов

Жизнь - это наказание

Загадка Таосского гула

Загадочные лунные облака

Загадочный феномен в магнитном поле Земли

Инопланетный кокон нашли в Техасе

Инопланетяне - дальние родственники людей

Инопланетяне похожи на осьминогов

Колдовская деревня Трасмос

Колдовские пещеры Сугаррамурди

Конспирологи утверждают, что Австралии не существует

Летающую тарелку сняли на юге Франции

Мифы и легенды Бреста

Найден кислород возрастом 13,3 миллиарда лет

Научные загадки без ответа

Новая тайна перевала Дятлова оказалась грубой подделкой

Писатель обвинил инопланетян в смерти Мэрилин Монро

Призрак приходского священника Эль-Аламина

Призрачная фигура девушки Плаца дель Рей

Проклятая деревня Ла-Польворанка

Пугающий полтергейст в Буэнос-Айресе

Подписка на новости сайта
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика