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
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 - 18.05.2017 (1000)
19.05.2017 - ...
Последние аномальные новости

Вокруг нейтронных звезд есть пригодные для жизни планеты

Глобальную кибератаку организовали инопланетяне

Древний город обнаружен у берегов Кубы

Жуткий лес Аокигахара

Загробная жизнь имеет научное объяснение

Мировые лидеры готовятся к Концу света

Мистическое озеро Роопкунд

Морской водоворот напугал туристов

НЛО пролетел над Болтоном

Объяснение отсутствия внеземных цивилизаций

Остров заброшенных кукол

Предсказано будущее новой эпохи Вселенной

Призраки острова Хасима

Проклятое ущелье черного бамбука

Пустыня Кызылкум - окно в параллельный мир

Страшные ужасы пережила студентка из Седро-Вулли

Тайна Ямальских дисков

Таинственная башня Дьявола

Ужасные болота Манчак

Флуктуации пространства и времени

Волновая аномалия Антарктиды

Джон Леннон был убит агентом ЦРУ

Длиннорукий серый монстр с горы Бен-Макдуй

Загадка Гебекли-Тепе

Загадки ледяной пещеры Борга-Дагана

Загадочная пирамида Эль-Кастильо

Кто не позволяет человечеству прилететь на Марс

Люди могут быть пришельцами

Мистическое число 42

Мозаика Ноева ковчега

Мужчина съел рекордное количество самого острого перца

На свадьбу прилетело несколько НЛО

Найдена одна из первых пирамид Египта

Нашествие НЛО. Спасение или гибель для Земли

Разрушение семьи как проект западных оккультистов

Сверхразвитые инопланетяне живут у звезды KIC 8462852

Секрет очков, способных видеть сквозь одежду

Станет ли искусственный интеллект президентом

Феномен любви с первого взгляда

Школа будет следить за усердием учеников с помощью ИИ

Бристольский залив под покровом волнистых облаков

Вещие сны. К чему снятся экс-возлюбленные

Дождь из мертвой рыбы выпал на школу Оровилла

Древние гиганты просыпаются

Загадочный Кардиффский великан

Иисус не умер после распятия

Кольцо ядовитого спирта вокруг молодой звезды

Корабль инопланетян над Зоной 51

Может ли сознание человека влиять на физический мир

Начали возведение телескопа для исследования экзопланет

Нашли древнейшее культовое место Великобритании

Несколько НЛО заряжались в грозовом фронте

НЛО пролетел над Альметьевском

Огненные птицы Сан-Хуана

Потусторонняя сущность возле колледжа Пятигорска

Почему двуногие животные не становятся разумными

Роберт Земекис снимет многосерийный фильм об НЛО

Снежный человек отравился паленой водкой

Стоунхендж практически построили заново

Таинственный Кенсингтонский рунический камень

Аномальная разновидность древних галактик

Группа ярких НЛО над озером Онтарио

Домовой на самом деле существует

За расшифровку записки о Розуэлльском НЛО заплатят 10000 долларов

Загадочный объект завис в небе над Омском

Звезда превратилась в черную дыру

Звездолет инопланетян оказался скалой

Инопланетные беспилотники бороздят просторы Вселенной

Мозг человека способен видеть будущее

На Землю упадет крупный астеройд в 2022 году

Над Ванкувером завис дискообразный НЛО

Пиктограмма в форме креста появилась в Англии

Подбитый танк найден на Марсе

Полиция наблюдала за НЛО-трансформером

Посадочную площадку НЛО нашли в Казахстане

Роботы лучше руководят подчиненными

Странный грохот и вспышки света в Ставрополе

Тайная жизнь растений. Они слышат, общаются и кричат

Человек родился не в Африке

Экзопланета имеет кольца в 200 раз шире, чем у Сатурна

Артефакт с надписью на боку обнаружен на Марсе

Загадка сверхбыстрого роста черных дыр

Загадочные красные огни над Челябинском

Исследователь нашел град Китеж

Контакты детей с неизвестными сущностями

Круги на полях появились в Англии

Магистр вуду Антон Симаков ищет моделей

Над Хьюстоном появилось большое скопление НЛО

НЛО над Кижами

Обнаружена технологически развитая цивилизация древности

Овца-мутант поможет раскрыть тайны человеческих волос

Останки Ноевого ковчега находятся на горе Арарат

Откуда к нам прилетел таинственный каменный диск

Падение яркого НЛО над Техасом

Похищение пришельцами Чарльза Хиксона

Пророчества Григория Гробового

Пучок энергии, который двигается в пять раз быстрее света

Сигарообразный НЛО парил над Германией

Удалось описать облик Николая Чудотворца

Черная сила нейтронных звезд

Атака НЛО секретной РЛС под Самарой

Два НЛО появились возле МКС

Из-за заболевания парень выглядит как фильмах ужасов

Инопланетные микроорганизмы живут в облученной радиацией воде

Кто убил строителей Стоунхенджа

Находки, про которые не пишут в учебниках

Озеро-воронку на Ямале исследуют

Около ярославской церкви видели привидений

Открыли вторую черную дыру в невидимой галактике

Открыли главную фабрику антиматерии

Открыли неопознанные летающие пленки

Пришельцы тоже земляне, но паразиты

Программа обыграла лучшего в мире игрока в Го

Следователь раскрывала преступления с помощью дара ясновидения

Создают квантовый вечный двигатель

Странные свечения в Чуйской области

Тайна загадочных плавучих островов

Тайное государство убьет Трампа в стиле президента Кеннеди

Телепортация подростка может быть похищением пришельцами

Титаник погубила египетская мумия

Все планеты системы TRAPPIST-1 связаны

Доказали возможность космического зачатия детей

Женщина сняла своего сына из прошлой жизни

Живущие в городах люди чаще слышат голоса в голове

Загадочная Красная мгла

Землю постоянно посещают инопланетяне

Инженера похитила прекрасная инопланетянка

Истории из Библии выдуманы

Как психиатры трактуют встречи людей с пришельцами

Наскальные рисунки встречи людей с инопланетянами

Неразгаданные тайны Корб-озера

НЛО замаскировался в облаках около базы ВВС США

НЛО попало в фильм канала Дискавери

НЛО при запуске баллистической ракеты КНДР

Открыт новый тип экзопланет

Тайна сибирского Эльдорадо

Таинственные космические вспышки из созвездия Льва

Тайшетская аномальная зона

Участница Битвы экстрасенсов предсказала встречу с инопланетянами

Чупакабра расправилась с курами в Миассе

Любители азартных игр понимают, насколько хороши автоматы

Внеземные формы жизни, найденные на Земле

Загадочные драконы на горе Мохнатая

Инженеры - невероятная инопланетная цивилизация

Как обучать ИИ создавать еще более мощные ИИ

Какими будут люди через 200 лет

Леденящее душу фото привидения

Мальчик снял своего ангела-хранителя

Места где есть жизнь

Места, от которых мурашки бегут по коже

Молнию, бьющую из-под земли, засняли жители Оклахомы

Над пригородом Мельбурна из яркой вспышки вылетел НЛО

Прямоугольный НЛО над Южной Калифорнией

Самые страшные пророчества для России

Секретные эксперименты в Зоне 51

Сознание человека остается после смерти

Суперземля обнаружена у красного карлика

Тайна Таро. Мракобесие или инструмент для подсознания

Тайна человеческого роста

Человек-мотылек в Чикаго

Что известно о Планете Х на текущий момент

Агония уходящей эпохи

Будут создавать клон Леонардо да Винчи

Жителей Новороссийска взволновали таинственные круги в небе

Жуткие вещи во время ночной езды на автомобиле

Злой дух толкает людей на лестнице

Инопланетные агрессоры. Биологическое оружие Инженеров

Интервью с бывшим покойником

Какие сигналы оставляют нам инопланетяне

Какой климат на Проксима Центавра

Канадской летающей тарелке исполнилось 50 лет

Микроорганизмы существуют на Энцеладе

Мумия невиданного зверя найдена в Азербайджане

Над Ташкентом заметили НЛО

Нас ждут наводнения библейских масштабов

НАСА хочет поглубже копнуть Европу

Необычные музеи

Огненная радуга появилась над Джорджией

Призрак на Аткарском вокзале

Рассекреченные документы о холодной войне и НЛО

Самый древний скелет найден в Окинаве

Смогут ли инопланетяне заселить Землю

Снежного человека видели в Запорожье

Существуют ли охотники за привидениями

Сфера Дайсона приковала внимание астрономов

Тайна доисторического мобильника

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