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
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - 23.02.2017 (990)
24.02.2017 - 03.04.2017 (994)
04.04.2017 - ...
Последние аномальные новости

Бессмертие существует на самом деле

Ванга предсказала смерть Трампа и Третью Мировую

Восстание машин отменяется

Вселенную мог создать только Бог

Маленький НЛО над Джорджией

Мальчика похитили дяди в серебряных скафандрах

Мистические тайны революции

На границе России с Казахстаном был замечен НЛО

На перевале Дятлова селфи делать опасно

Наиболее жизнепригодные экзопланеты будут водными мирами

Неизвестное ранее атмосферное явление

НЛО приземлился в селении Испик

Номерные радиостанции. Призраки на связи

Обнаружен подземный город возрастом 2000 лет

Открыли новое квантовое состояние материи

Пророчества или шокирующие совпадения

Секс с роботами - признак демократии

Столкновение астероида с Землей. Как это будет

Таинственный остров в виде отпечатка пальца

Треугольный НЛО заметили в Калифорнии

Власти разрешили туристам ездить к перевалу Дятлова

Глаза это действительно зеркало души

Загадочные волосы черных дыр

Как появились знаменитые хоббиты

Найден ядерный могильник возрастом в 2 млрд лет

НЛО. Миф или реальность

Обнаружили экзопланету из пенопласта

Откуда берутся призраки

Очевидцы снова видели НЛО в Кемерово

Планируют создать технологию для обмена мыслями

Показали достоверные снимки НЛО

Почему ИИ может быть расистом

Предложена концепция полета к Сириусу

Предсказания Нострадамуса о судьбах России, Украины и США

Представили коммерческую версию летающего автомобиля

Призрак женщины в очках

Призрака сняли в Уэнтуорт Вудхаусе

Пророчества Зияда Сильвади

Путешествие во времени становится реальностью

Самые яркие появления НЛО

Сериал Секретные материалы продлили еще на сезон

Следы тающего льда нашли на Марсе

Составили карту марсианского плато Большой Сирт

Тайна второй планеты

Теория о падении кометы на Землю около 13000 лет назад

Требуется помощь людей для поиска пришельцев на экзопланетах

Успешно испытали первый летающий электрокар

Чупакабра в Каслинском районе

Чупакабра орудует в Кременчуге

Экзопланеты были открыты 25 лет назад, а инопланетян все не видно

Ванга предсказала химическую атаку в Сирии

Все обитаемые планеты покрыты океанами

Встреча Петербург-Космопоиск состоялась на Петроградской стороне

Житель Пенсильвании поделился историей о потерянном времени

Жуткий пожиратель телят

Инопланетяне запустили в серию квадратные НЛО

Инопланетяне не идут на контакт

Как раскрывают тайны манускрипта Войнича

Какой может быть жизнь на Энцеладе

На Энцеладе существуют биолюминесцентные организмы

Над Ванкувером пролетели две группы НЛО

Окаменевший пень обнаружен на Марсе

Пиктограмма в Уилтшире повторяет петроглиф на камне Кочно

Почему выбросы черных дыр движутся со сверхсветовой скоростью

Сезон кругов 2017 начался с предложения Контакта

Смоделировали столкновения астероидов с Землей

События связанные с деятельностью внеземных цивилизаций

Что пили апостолы и фараоны

Что такое Блудные места

Шоколадные холмы Филиппин

Артисты боятся находиться в паранормальной телестудии

Возможна ли жизнь на планете с двумя солнцами

Вышла книга о Стоунхендже под Полоцком

Жертвы похищений пришельцами опубликовали свои истории

За антиправительственной акцией протеста наблюдал НЛО

Изобрели бесцветный кофе

Инопланетные визиты в Забайкалье

Климатические условия на экзопланетах

Конец света наступит 12-го октября

Контактёрами чаще становятся психи

Машину охотников за привидениями увидели в Омске

Может ли Слендермен существовать

Нашли большую сестру Земли

Нашли инопланетный топор

Обнаружили третье состояние сознания

Оператор запечатлел НЛO во время съемок

Пиктограмма появилась в Глостершире

Поставили под сомнение существование Планеты Х

Признаки того, что вы шаман

Причина невозможности встречи землян с инопланетянами

Пророчество Джулии Ванг об окончании войны в Донбассе

Рядом с МКС пролетел цилидрический НЛО

Свекольный сок омолаживает

Светящийся НЛО появился над озером Гарда

Следы чешуйчатых рептилий нашли на Марсе

Сняли летящий перед самолетом НЛО

Третья мировая война начнется 13-го мая

Учёные купили марсианский метеорит

Шаманы ужаснули мир новыми предсказаниями

Якутская страшилка

Аномальное поведение мыльной пены

Астроном изучает жизнь на других планетах

Волшебный остров на Титане

Горящая ведьма улетела в небо

Доказали осмысленность манускрипта Войнича

Древние обереги с изображением дракона

Женщина общается с инопланетянами с самого детства

Жители Чикаго столкнулись с монстрами

Инопланетный вирус найден в самолете

Исчезновения людей и базы НЛО в Перу

Карликовые галактики могут состоять из сверхмассивных черных дыр

Конец света предрекают в середине октября

Кроваво-красное НЛО в небе над Батайском

Лох-Несское чудовище пропало

На омском предприятии летало привидение

Над Австралией взорвался метеорит

Над Орском летал НЛО

Найдено существо, считавшееся вымершим

Научились создавать предметы из марсианской пыли

НЛО на фоне Луны засняли астрономы

НЛО над полуостровом Никоя

НЛО не захватывали Новокузнецк

Пиктограмма появилась в графстве Уилтшир

Представили летающий автомобиль

Прозрачный НЛО над Калифорнией

Сокровища из найденной гробницы в Египте

Страшные истории Якутии. Одержимый

Удалось создать условия, нарушающие второй закон Ньютона

Что Кассини рассказал про жизнь на Энцеладе

Экзопланета обнаружена при помощи микролинзирования

Древняя Луна была обитаема

Загадочная зона молчания в Мексике

Запад испугался русского Терминатора

Искусственный интеллект будет опасен только при глупом использовании

Искуственный интеллект научился предсказывать заболевания человека

Как и почему на Пасху искали зарытые сокровища

Как молитва влияет на работу мозга человека

Легенды о чудовищном Василиске

Лилипуты живут на Марсе

Место где происходят провалы во времени

Над собором Святого Петра летали два НЛО

Невероятные космические проекты НАСА

Несколько НЛО сняли над холмами Монтаны

НЛО сняли над Джорджией

Обнаружена только одна экзопланета с системой колец

Падающий НЛО над Плимутом

Подземный город лилипутов найден на Марсе

Предмет с изображением кленового листа на Марсе

Призрачный пес испугал молодую пару

Проклятый Попов мост

Реки льда текут по поверхности Цереры

Сняли детеныша снежного человека

Статуя Богородицы заплакала кровью

Тайная вечеря раскрыла тайны ожирения

У Земли раньше было две луны

Шаманский отвар избавил от депрессии

Экзопланета на треть состоящая из алмазов

Экзопланеты системы TRAPPIST-1 покрыты океанами

Эксперты прокомментировали НЛО над Садовым

Ядерная война была 12000 лет назад

Врачи модифицируют органы свиньи для пересадки младенцам

Галактики, которых не должно существовать

Девочка в восемь месяцев весит более 20 килограммов

Древняя карта с изображением таинственного материка

Загадки Хара-Хоры

Инопланетяне похищают детей

Инопланетянин говорил на армянском языке

Как в действительности выглядел Иисус Христос

Кемеровчане заметили в небе над городом метеорит

Космоса не существует в реальности

Над военной базой в Северной Корее сняли НЛО

Надо научить машины думать как мы

Пенсионерка перевела экстрасенсу 2,7 млн рублей за лечение

Супруги после теста узнали, что они близнецы

Тарбагатайское привидение кошмарит предпринимателей

Условие обнаружения инопланетян за пределами Млечного Пути

Уфолог составил каталог околосолнечных НЛО

Фрески с НЛО обнаружены в Карнаке

Что может помешать полету к Альфе Центавра

Чудо схождения Благодатного огня

Анализ почвы с места похищения Тревиса Уолтона

Аномальный подземный колодец нашли в Эстонии

Динозавры жили вместе с людьми

Загадочные смерти во сне

Затерянный мир каменных истуканов Красноярья

Иисус исцелял больных марихуаной

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